Тканевые реакции на силиконовые материалы в организме

Изучение процессов интеграции живых тканей и искусственных материалов в различных условиях имеет большое значение для качества жизни больных, нуждающихся в применении эндопротезов в хирургии, травматологии и ортопедии, стоматологии.

Тканевый ответ на имплантацию инородного тела обычно включает в себя воспалительную реакцию. In vitro показано, что лимфоциты могут влиять на способность макрофагов к адгезии к поверхности биоматериалов, но эти данные не подтвердились при исследовании на донорах. Макрофаги и гигантские клетки инородных тел также могут синтезировать множество цитокинов и медиаторов при контакте с различными материалами поверхностей имплантатов [1, 2]. Однако, по другим результатам in vivo, некоторые материалы могут индуцировать выброс провоспалительных цитокинов мононуклеарами периферической крови, но это не является поликлональным активатором CD4⁺-Т-лимфоцитов [3].

При исследовании частоты и структуры осложнений, развившихся после использования синтетических материалов, достаточно часто сообщается об образовании, деформации и разрыве плотных соединительнотканных капсул вокруг имплантата, миграции материала протезов в лимфатические узлы с воспалительной реакцией в них и других осложнениях. Развитие контрактуры капсулы является наиболее распространенным осложнением маммопластики и достигает 74% [4—6].

Имеются сведения о присутствии в соединительнотканных капсулах миофибриллярных структур, способных к сокращению [4, 7, 8]. Считается, что сократительная активность миофибробластов — наиболее вероятная причина капсулярных контрактур [7]. Однако, по мнению других исследователей, неудачные результаты применения синтетических материалов не связаны с действием миофибробластов, число которых невелико [4, 8, 9].

Задача создания новых имплантатов сводится к поиску максимально биоинертных материалов, достаточно прочных к сжатию капсулой и фрагментированию и сходных по эластичности с нормальными тканями организма [10].

В научной литературе практически нет данных о том, как происходят процессы деградации и как организм реципиента избавляется от относительно массивного имплантата. Однако без учета указанных факторов невозможно разрабатывать эффективные методы профилактики и лечения развивающихся осложнений при использовании других синтетических материалов для эндопротезирования.

Цель исследования — морфологическими методами оценить реакцию тканей организма и процессы деградации силиконовых имплантатов после их применения в клинических условиях.

Исследования проведены на архивном материале, находящемся на хранении в патологоанатомических отделениях Городских клинических больниц №1 и №12 Новосибирска.

Обследованы 65 женщин в возрасте 25—45 лет. Была проведена аугментационная маммопластика по поводу гипомастии, срок наблюдения составил 2—7 лет после маммопластики. Использовали следующие маммоимплантаты: «Ника» (Россия, низкопрофильные, с гладкой поверхностью, наполненные низкосшитым силиконовым гелем, оболочка из силиконовой резины), «Mentor» (США, однокамерные протезы, наполненные изотоническим раствором натрия хлорида, с текстурированной оболочкой) и «МакГан» (США, полусферические, с текстурированной поверхностью, наполненные силиконовым гелем с высокой степенью сшивки). На момент операции все женщины были практически здоровы.

Для изучения процессов взаимодействия имплантатов с окружающими тканями были забраны фрагменты соединительнотканной капсулы у пациенток, оперированных по поводу фиброзной капсулярной контрактуры III—IV степени. Характеристика пациенток (число, возраст, длительность контакта протеза с живой тканью — давность операции) в зависимости от типа имплантата представлена в таблице.

Фрагменты удаленной капсулы фиксировали в 4% растворе параформальдегида на фосфатном буфере (рН 7,4) не менее 24 ч, обезвоживали в серии этанола возрастающей концентрации, просветляли в ксилоле и заключали в парафин. Срезы толщиной 5 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, по ван Гизону и Романовскому, изучали с применением светового микроскопа при увеличении до 1200 раз.

В случае, когда в ткани живого организма имплантируется объемное, достаточно мягкое инородное тело, такое как стерильный силиконовый маммоимплантат, данный материал длительное время (до нескольких лет) присутствует в ограниченной полости, сформированной соединительнотканной капсулой.

Визуально образцы капсул имеют гладкую сторону, обращенную к протезу, а сторона, граничащая с тканью молочной железы, бугристая, покрыта выростами и жиром. Степень разрастаний не зависит от продолжительности периода после имплантации и возраста пациентки.

При внимательном изучении тканей вокруг всех имплантатов оказалось, что капсула, отграничивающая данные инородные тела от живых тканей, состоит из двух частей: плотной наружной (плотная волокнистая соединительная ткань, рубец) и более рыхлой внутренней части (рыхлая неоформленная соединительная ткань), которая непосредственно граничит с материалом имплантата (см. рисунок, а).

Часть капсулы, содержащая много коллагена и межуточного вещества, но мало клеток и сосудов, представляет плотную, или основную часть. Другая часть капсулы, где много клеток и сосудов и которая прилежит непосредственно к имплантату, — это рыхлая, или пограничная (см.рисунок, а).

Имплантат с любой поверхностью, независимо от того, текстурирована она или нет, как и любое инородное тело, покрывается валом из лейкоцитов. По-видимому, сначала это нейтрофилы и лимфоциты, а затем эти клетки при отсутствии инфекции заменяются моноцитами и макрофагами, и постепенно туда мигрируют фибробласты, дифференцируются в фиброциты и продуцируют коллаген. Инородное тело вместе с макрофагальным валом покрывается капсулой из плотной соединительной ткани.

Формирование фиброзной капсулы вокруг имплантата является естественной реакцией организма на внедрение инородного тела. Скорее всего, при развитии фиброзных капсул и их контрактур речь идет не об осложнениях, а о комплексе физиологических реакций организма на инородное тело, которые включают в себя реакцию фагоцитов, образование гигантских клеток инородных тел и изоляцию инородного тела соединительной тканью.

По мере рассасывания «первичного» большого лейкоцитарного инфильтрата, окружающего весь имплантат, «отрывания» от него фрагментов и удаления их между плотной капсулой и инородным материалом будут образованы сначала грануляции, а затем — рыхлая неоформленная соединительная ткань (рыхлая часть капсулы) и только потом — плотная волокнистая соединительная ткань (плотная часть капсулы). В рыхлой части капсулы идут все реакции организма на инородное тело, продуцируются составные компоненты плотной части, и там же проходят достаточно крупные кровеносные и лимфатические сосуды. По-видимому, данная часть будет тем шире и в ней будут тем интенсивнее проходить процессы воспаления, чем легче и быстрее поддается фрагментированию материал имплантата и чем более он реактогенен (антигенен) для организма пациентки.

Наружная часть капсулы вокруг различных имплантатов молочных желез представляет собой плотную волокнистую соединительную ткань, довольно часто сходную с тканью рубца. В этой ткани преобладают клетки (фиброциты и фибробласты) и межклеточное вещество (коллагеновые волокна), но мало выражен сосудистый компонент.

Снаружи плотная часть капсулы переходит или в жировую клетчатку или в поперечнополосатую мышечную ткань (см. рисунок, б; в зависимости от способа размещения имплантата — подкожно или субпекторально). Наши результаты полностью совпадают с данными литературы [4]. В некоторых случаях обнаружены признаки дистрофии и некроза мышечных волокон рядом с имплантатом [11, 12] (см. рисунок, б).

В некоторых наблюдениях плотная часть капсулы непосредственно граничила с инородным телом (см. рисунок, в). В ряде случаев визуализировались грыжеподобные (грибообразные) [4, 10] выпячивания плотной капсулы в сторону имплантата (см. рисунок, в). Иногда эти выпячивания были довольно объемными, грубыми и в них часто присутствовала воспалительная (лейкоцитарная) инфильтрация. Подобные структуры были найдены при применении всех имплантатов.

Скорее всего данные выпячивания были образованы в результате контрактур миофибробластов. Постепенно капсула сжимается, ее внутренняя поверхность деформируется и приобретает волнообразный вид с множеством выростов или выпячиваний внутрь (см. рисунок, в). По-видимому, это происходит для минимизации объема чужеродного тела и выдавливания его в сторону наименьшего сопротивления [4, 8].

Иногда на границе живой ткани плотной капсулы и имплантата клетки фибробластного и моноцитарного рядов образовывали эпителиоподобные структуры с четким разграничением слоев [9] (см. рисунок, г).

Часто в структурах плотной части капсулы присутствовал материал протезов как без клеточной реакции, так и с выраженной реакцией, вплоть до образования гигантских клеток инородных тел (см. рисунок, д, е). В некоторых случаях наблюдали довольно крупные фрагменты протезов за пределами плотной капсулы — в окружающих тканях, причем эти фрагменты были покрыты собственной капсулой, там же присутствовали небольшие группы гигантских клеток инородных тел, сформированные, по-видимому, для лизиса его фрагментов.

Возможно, после образования фрагмента имплантата в рыхлой части капсулы этот фрагмент постепенно покрывается всеми слоями собственной капсулы, и в таком виде плотная часть капсулы вокруг имплантата сливается с плотной частью капсулы вокруг фрагмента. Фрагмент постепенно мигрирует в толще капсулы наружу — в ткани молочной железы. Миграция силикона в ткани капсулы также могла произойти как в результате его длительной диффузии в окружающие ткани, так и из-за выдавливания при контрактации капсулы.

Внутренняя часть соединительнотканной капсулы вокруг разных имплантатов представляет собой рыхлую неоформленную соединительную ткань, часто напоминающую грануляции (см. рисунок, а), которая, с одной стороны, ограничена наружной плотной частью капсулы, а с другой — инородным телом, имплантатом. В отличие от наружной части капсулы, коллаген которой довольно часто просто переходит (прикрепляется) в инородное тело, внутренняя рыхлая часть всегда отграничена от имплантата одним или несколькими слоями макрофагов или гигантских клеток инородных тел.

Во внутренней части капсулы содержится довольно большое количество лейкоцитов и лейкоцитарных инфильтратов, сосудов и капилляров всех типов, в этой части расположены многочисленные отщепленные от имплантатов фрагменты (см. рисунок, ж, з)

По-видимому, во внутренней части капсулы происходит реакция тканей организма на инородное тело. Здесь живые ткани травматизируются при смещении имплантата (сотрясение при ходьбе, прыжках), следовательно должна быть клеточная реакция на повреждение тканей. Кроме того, так как даже прочные инородные тела разрушаются системами защиты организма, именно во внутренней части капсулы происходит деградация имплантатов.

Быстро или медленно в разных местах фагоциты разрушают поверхность имплантата [6, 13, 14], кроме того, на ней есть микрошероховатости, а некоторые протезы имеют специально текстурированную поверхность для лучшей фиксации. К этим шероховатостям прикрепляется коллаген. Благодаря действию миофибробластов и ферментов фагоцитов большие и маленькие микровыросты на поверхности имплантата вытягиваются еще больше и постепенно отшнуровываются или отрываются от протеза. Далее эти фрагменты снова окружаются макрофагами и соединительной тканью, и постепенно части имплантата измельчаются до той степени, что могут быть поглощены фагоцитами и элиминированы вместе с ними из места имплантации и даже из организма. Одновременно с измельчением имплантатов происходит слияние макрофагов в гигантские клетки инородных тел, которые могут поглощать все более крупные фрагменты этих инородных тел.

Фагоциты могут поглощать довольно крупные частицы инородных тел, лизировать их на месте или мигрировать с ними в регионарные и отдаленные лимфатические узлы [5, 15].

При этом макрофаги содержат как небольшие частицы силикона в виде мелких включений, так и очень объемные фрагменты. Часто слившиеся макрофаги расположены не рядом с силиконом, а в пустых полостях или окружены соединительной тканью. Возможно, что силикон из таких участков уже элиминирован теми же макрофагами, а сами макрофаги вследствие наличия толстой фиброзной капсулы и собственных больших размеров не могут быстро мигрировать и или погибают, или остаются в тканях в течение длительного времени.

Поэтому во всех случаях создания синтетических и естественных материалов для замещения тканевых дефектов необходимо исследовать судьбу продуктов их деградации в организме, так как возможно образование своеобразного «порочного круга». Были показаны поглощение макрофагами разных органов некоторых внутривенно введенных полимерных веществ (поливинилпирролидон — гемодез; полиглюкин; реополиглюкин) и миграция этих макрофагов в печень. Затем макрофаги, которые не могут лизировать поглощенные полимеры, разрушаются, и эти инородные вещества поглощаются другими макрофагами, в том числе и клетками Купфера. Далее все повторяется: разрушение клеток и поглощение полимеров новыми макрофагами [15]. В результате очень быстро «выбивается» все макрофагальное звено иммунитета, по-видимому, из-за истощения моноцитарного ростка красного костного мозга.

Чем инертнее для организма материал имплантата, тем менее выраженной на него будет реакция макрофагальной системы (и наоборот) и, следовательно, меньше выраженность воспалительной реакции и толщина внутренней части соединительнотканной капсулы. В данном случае для продления срока службы имплантата необходимо снизить выраженность макрофагальной реакции.

Высокая активность гранулематозного воспаления, формирование толстой капсулы с признаками фиброзирования после имплантации любого инородного вещества являются неблагоприятными прогностическими признаками, указывающими на более высокую вероятность развития в дальнейшем различных осложнений. В связи с наличием выраженного воспалительного процесса, лейкоцитарной инфильтрации в тканях вокруг имплантированных инородных тел для профилактики осложнений необходимы разработка и проведение мероприятий, направленных на снижение интенсивности воспаления.

В результате миграции силикона в ткани и его поглощения фагоцитами объем маммоимплантата постепенно уменьшается и капсула сокращается для соответствия объему инородного тела, при этом внутренняя часть капсулы волнообразно деформируется. Далее вследствие продолжающейся контрактации капсулы выпячивания на противоположных сторонах капсулы будут сближаться и должны соединиться, силикон может оказаться разделенным на несколько больших фрагментов, которые также могут измельчаться.

Таким образом, чем инертнее материал имплантата для живого организма, тем меньше он будет стимулировать макрофагальную реакцию, и чем прочнее имплантат фиксирован соединительнотканной капсулой, тем меньше он смещается и, таким образом, травмирует окружающие ткани. Однако при плотной фиксации капсулой встает вопрос о капсулярных контрактурах и возможности фрагментации материала имплантата. Чем тверже материал имплантата, тем дольше он будет противостоять попыткам защитных сил организма сжать, деформировать и фрагментировать его. Однако здесь встает вопрос о качестве косметического эффекта аугментационной маммопластики. Задача создания новых имплантатов сводится к поиску максимально биоинертных материалов, достаточно прочных к сжатию капсулой и фрагментированию и сходных по эластичности с нормальной тканью молочной железы.

1. После имплантации объемного мягкого инородного тела (силиконовые маммоимплантаты) этот материал длительно присутствует в тканях, отграниченный фиброзной капсулой. Постепенно капсула вследствие деятельности миофибробластов для минимизации объема чужеродного тела сжимается, ее внутренняя поверхность деформируется и приобретает волнообразный вид с множеством выростов или выпячиваний внутрь.

2. Соединительнотканная капсула вокруг силиконовых имплантатов состоит из плотной (наружной, основной) и рыхлой (внутренней, пограничной) частей. Плотная часть капсулы изолирует инородное тело от тканей организма. В рыхлой части происходят постепенное разрушение (фрагментация) и поглощение материала имплантатов фагоцитами.

3. Со временем силикон мигрирует в ткани капсулы и за ее пределы, где поглощается фагоцитами.