Введение

Грыжи передней брюшной стенки (ГПБС) в мире ежегодно выявляют у 3—4% населения [1] и по поводу этой патологии выполняют более 20 млн плановых герниопластик, в том числе с использованием современных синтетических имплантатов. При этом частота рецидивирования ГПБС сохраняется на уровне 15—20% [2]. Поэтому врачами-хирургами принимаются меры по снижению числа рецидивов ГПБС, определяемые правильной тактикой лечения, которая подразумевает выполнение превентивной герниопластики, сепарационных методов и прочих манипуляций, причем по строгим показаниям.

Возникновение грыж передней брюшной стенки обусловлено рядом факторов, в основе которых лежат генетические [3], возрастные [4, 5] нарушения образования и разрушения коллагена и эластина в соединительной ткани [6, 7].

На сегодняшний день ведутся работы по превентивной диагностике ГПБС с использованием антропометрические данных пациента, известных патогенетических факторов, результатов лабораторных и инструментальных методов исследования, диагностики нарушений соединительной ткани для выбора тактики и прогнозирования результатов лечения пациента [8, 9]. Продолжается поиск одиночных нуклеотидных полиморфизмов (замена в молекуле ДНК на уровне одного нуклеотида) для определения полигенной архитектуры ГПБС и прогностических генетических факторов [10]. Разработка прогностических моделей развития заболевания позволяет идентифицировать переменные, влияющие на прогнозирование риска появления или рецидивирования заболевания, и использовать эти многочисленные факторы риска систематическим воспроизводимым способом в соответствии с методами, основанными на фактических данных [11, 12]. К обсуждаемым врачами-хирургами проблемам относятся необходимость снижения числа рецидивов ГПБС, а также профилактика данного заболевания, которая может быть достигнута путем ранней диагностики предрасположенности к развитию ГПБС с помощью методов анализа этиопатогенетических факторов этого мультифакторного заболевания [13—21].

В литературе имеются данные о возможном весомом участии в патогенезе ГПБС нарушений баланса различных форм коллагена в организме человека [6, 7], обусловленных, вероятнее всего, генетическими факторами [3, 10, 22]. Несмотря на привлекательность использования достаточно простых и сравнительно недорогостоящих методов определения этого дисбаланса [4, 5, 20, 21] и возможность улучшения результатов лечения и снижения числа рецидивов грыж, данная практика пока не получила должного распространения. Это связано, скорее всего, с отсутствием широкого освещения проблемы и способов ее решения в мировой литературе, в частности достаточного количества исследований с привлечением доказательной базы.

Цель исследования — разработать способ прогнозирования риска вероятности возникновения и рецидивирования грыж передней брюшной стенки на основе анализа доступных в настоящее время способов диагностики состояния соединительной ткани.

Материал и методы

Исследование проведено с использованием дизайна «случай — контроль». В исследовании приняли участие 577 пациентов, которые получали лечение в отделении общей хирургии ОБУЗ «Курская областная многопрофильная клиническая больница». Получено разрешение регионального этического комитета ФГБОУ ВО «КГМУ» Минздрава России №5 от 11 мая 2015 г. на проведение исследования. Основную группу составили 299 пациентов с грыжами передней брюшной стенки (117 пациентов с паховыми грыжами, 95 — с послеоперационными грыжами, 53 — с пупочными грыжами, 34 — с грыжами белой линии живота). Контрольную группу составили 278 пациентов без грыжи передней брюшной стенки и клинических признаков дисплазии соединительной ткани (табл. 1). В исследование не включали пациентов с любой формой сахарного диабета.

Таблица 1. Клинико-анамнестическая характеристика пациентов

Примечание. ИМТ — индекс массы тела.

В исследовании учитывались переменные (этиологические факторы): пол и возраст [15], индекс массы тела [16], наличие грыжи в анамнезе и у близких родственников [17], факт курения [18], тяжелый физический труд [19], хронический кашель и запоры [14], соотношение коллагена (СК) I и III типов [20, 21]. Кроме того, определяли индекс аутофлуоресценции кожи (ИАФК) [4, 5] и максимально ассоциированные с грыжами передней брюшной стенки полиморфизмы rs2009262 EFEMP1 и rs3809060 WT1, о чем, правда с некоторой долей неопределенности, сообщали и другие исследователи [3, 22, 23]. Индекс массы тела рассчитывали по формуле (1) [16]:

ИМТ=масса (кг)/рост² (м) (1)

Определение СК I и III типов выполняли в образцах игольной биопсии кожи передней брюшной стенки размером 2 мм, гистологические препараты окрашивали пикросириусом красным, затем обрабатывали с помощью программы ImageJ под микроскопом с 400-кратным увеличением [20].

Для измерения ИАФК кожи использовали анализатор конечных продуктов гликирования (КПГ) («DiagnOptics Technologies B.V.», Нидерланды). С его помощью выполняли неинвазивное измерение интенсивности эндогенной флуоресценции измененных в результате гликирования белков кожи (коллагена, эластина). Известно, что ИАФК показывает накопление КПГ, которые образуют межбелковые сшивки волокон коллагена и эластина, и это приводит к нарушению каркасной функции соединительной ткани [5]. Исследование проводилось на внутренней поверхности предплечий обеих рук. Во время этого неинвазивного исследования происходит освещение участка кожи 4 см² (длина волны от 300 до 420 нм), отраженный свет улавливается спектрометром и выводится в течение 15 с в виде ИАФК на экран аппарата. Исследование выполняется на каждом предплечье 3 раза, после чего высчитывается средний показатель 6 исследований [4].

Полиморфизмы указанных выше генов определяли в образцах венозной крови методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени путем дискриминации аллелей с помощью TaqMan-зондов на амплификаторе CFX96 Bio-Rad («Bio-Rad Laboratories, Inc.», США) с использованием праймеров и зондов (ООО «Научно-производственная фирма Синтол», Россия) [3, 22]. Анализ генетических ассоциаций (всех генотипов одновременно) выполнен с применением лог-аддитивной модели.

Статистический анализ. Проверка групп сравнения проводилась с помощью критерия Колмогорова—Смирнова (расчет асимптотической значимости) и гипотезы о нормальности распределения исследуемых факторов риска. Если асимптотическая значимость >0,05, то переменная подчинялась нормальному закону распределения, что позволяет проводить дальнейшую статистическую обработку [24]. Все статистические расчеты и построение модели с помощью искусственной нейронной сети (ИНС) выполняли в программе Statistica v. 13.3 (США). Для определения важности переменных в исследовании построена модель ГПБС с помощью ИНС. Анализ данных с помощью ИНС является современным кибернетическим методом, применяемым в интеллектуальных системах (в том числе в медицине), который позволяет работать с сырыми (неподготовленными) данными и искать в них заранее неизвестные знания и закономерности. Важно, что ИНС обрабатывает данные несколько раз, постепенно корректируя различные нейронные связи, пока автоматически не придет к числовой комбинации, которая дает наилучший возможный результат [25].

Для определения статистических связей исследуемых переменных в обеих группах пациентов проведен корреляционный анализ. Интерпретация коэффициента корреляции осуществлена исходя из уровня силы связи.

Вероятность наступления события (P), в нашем случае грыжи передней брюшной стенки, рассчитывали с помощью бинарной логистической регрессии значимых переменных по формулам (2, 3):

P=1/(1+e^–y), (2)

где e — математическая константа, равная 2,72;

y=b₁×x₁+b₂×x₂+…+b_n×x_n+a, (3)

где x₁ — независимые переменные; b₁ — коэффициенты, расчет которых является задачей бинарной логистической регрессии; a — некоторая константа, расчет которой также является задачей бинарной логистической регрессии.

Величину риска (%) интерпретировали с помощью шкалы нозологических рисков (табл. 2). По шкале определяются все фазы генеза заболевания и количественная градация в процентах от исходного риска до манифестации заболевания [24, 26].

Таблица 2. Шкала нозологического риска

Пациентам в зависимости от величины риска выполняли герниопластику различными способами с применения синтетических имплантатов и без них. В качестве стимулятора образования коллагена назначали аскорбиновую кислоту по 3 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день в течение 1 мес и оротат калия 7 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день в течение 1 мес по принятой схеме лечения дисплазии соединительной ткани [27, 28]. Для оценки отдаленных результатов лечения и качества жизни проводили ежегодный опрос пациентов по разработанной анкете [29].

Результаты

Асимптоматическая значимость исследуемых переменных была больше 0,05. При проверке на нормальное распределение исследуемых переменных с помощью теста Колмогорова—Смирнова доказано статистически значимое различие между ними у пациентов контрольной и основной групп, что подтверждало нулевую гипотезу исследования и позволяло проводить дальнейшие расчеты.

При сравнении в исследуемых группах полученных средних значений СК I и III типов и ИАФК выявлены статистически значимые различия (табл. 3). Данные показатели в основной группе вновь доказывают факт нарушений соединительной ткани у пациентов с ГПБС, а также показатель ИАФК может означать более выраженный процесс накопления КПГ у пациентов с ГПБС. Поэтому у пациентов с ГПБС, у которых есть врожденные (генетические) нарушения, приобретенный фактор в виде накопления КПГ и образования межбелковых сшивок может повреждать и усугублять каркасную функцию соединительной ткани. Таким образом, метод определения ИАФК может использоваться как дополнение к определению генетической предрасположенности к нарушениям соединительной ткани как у пациентов с ГПБС для прогнозирования рецидивирования, так и у пациентов с запланированной лапаротомией во избежание развития послеоперационной грыжи.

Таблица 3. Величины индекса аутофлуоресценции кожи и соотношения коллагена I и III типов

Примечание. Данные представлены в виде M±m. * — p>0,05 по сравнению с контрольной группой.

В результате генотипирования исследуемого полиморфизма rs2009262 EFEMP1 выявлена его ассоциация с ГПБС (p=0,033), в которой обнаружен протективный эффект аллели C, что означает ассоциацию аллели T с повышенным риском развития ГПБС. Ассоциации ГПБС с полиморфизмом rs3809060 WT1 в исследуемой группе не было (табл. 4).

Таблица 4. Анализ ассоциаций полиморфизмов rs2009262 EFEMP1 и rs3809060 WT1 с развитием грыжи передней брюшной стенки

Примечание. ¹ — p — уровень значимости с коррекцией по полу и возрасту; ² — отношение шансов и 95% доверительный интервал; * — показаны статистически значимые различия между группами; ^ — показатели, рассчитанные для лог-аддитивной модели с коррекцией по полу и возрасту.

При построении модели ИНС в качестве зависимой переменной определена переменная «грыжа передней брюшной стенки». Анализ построенной модели ГПБС с использованием исследуемых переменных показал высокую надежность ИАФК, СК I и III типов и полиморфизма rs2009262 EFEMP1 (рисунок) как диагностических и прогностических инструментов, позволяющих выявить слабость состояния соединительной ткани у пациентов с ГПБС. Удельная значимость данных показателей подтверждена данными корреляционного анализа в нашей серии полностью.

Важность факторов риска грыжи передней брюшной стенки в модели искусственной нейронной сети.

При корреляционном анализе наблюдалась значительная связь диагноза грыжи с полиморфизмом rs2009262 EFEMP1 и ИАФК, умеренная отрицательная связь с диагнозом грыжи и СК I и III типов (табл. 5), что также является аргументом в пользу важности использования этих переменных для прогнозирования риска ГПБС.

Таблица 5. Результаты корреляционного анализа факторов риска

Примечание. * — корреляция значима на уровне 0,01 (двусторонняя). ИАФК — индекс аутофлуоресценции кожи; CK — соотношение коллагена I и III типов.

Для прогноза развития и рецидивирования ГПБС с помощью регрессионного анализа рассчитаны коэффициенты для переменных ИАФК, СК I и III типов и полиморфизма rs2009262 EFEMP1, которые показали высокую связь с ГПБС в описанных расчетах. Для ИАФК коэффициент составил 3,715, коэффициент СК I и III типов — –0,685, коэффициент полиморфизма rs2009262 EFEMP1 — –1,732. Величину риска развития грыжи P вычисляли с помощью программы Statistica v. 13.3, результат интерпретировали с помощью шкалы нозологического риска (см. табл. 2), при значении P выше 71% риск развития грыжи передней брюшной стенки или ее рецидива считали высоким. В зависимости от величины риска определяли тактику лечения пациентов. Практическое использование описанных показателей в диагностических и прогностических целях иллюстрируется следующими клиническими примерами.

Клинический пример 1. Пациентка К., 39 лет, поступила с диагнозом невправимой пупочной грыжи. В анамнезе: варикозное расширение вен нижних конечностей C₂S по CEAP. Пациентке выполнено измерение ИАФК, среднее значение равнялось 3,2; СК I и III типов в коже — 0,34. У пациентки выявлен генотип TT гена rs2009262 EFEMP1. Рассчитана вероятность риска развития грыжи передней брюшной стенки, которая составила P=98,4%. Данный показатель по шкале нозологических рисков относится к манифестации заболевания и означает очень высокий риск рецидива грыжи. Выполнено лапаротомное грыжесечение с предбрюшинной герниопластикой полипропиленовым имплантатом. Имплантат фиксировали по краям трансдермальной иглой четырьмя полипропиленовыми нитями. С целью профилактики рецидива грыжи и стимуляции коллагенообразования в послеоперационном периоде назначена аскорбиновая кислота в таблетках 3 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день в течение 1 мес, прием аскорбиновой кислоты рекомендовано повторять в весенний период. При ежегодном наблюдении в течение 7 лет после операции показатели качества жизни были высокими. При обследовании не выявлены признаки рецидивирования или новообразованных грыж передней брюшной стенки.

Клинический пример 2. Пациентка E., 58 лет, госпитализирована с диагнозом вправимой послеоперационной грыжи М 2—3, W 2 R0. Сопутствующие заболевания: гипертоническая болезнь II стадии, гипертрофия миокарда левого желудочка, риск 3, хроническая сердечная недостаточность I стадии. В результате исследований определены ИАФК — 2,9, СК I и III типов — 0,52. Выявлено наличие генотипа TT гена rs2009262 EFEMP1. На основании этих данных определена вероятность риска развития грыжи передней брюшной стенки P=84,6%. Выполнена операция с открытой ретромускулярной герниопластикой полипропиленовым имплантатом. Имплантат по краям фиксировали непрерывным полипропиленовым швом к заднему листку фасции прямых мышц. После операции проведена терапия оротатом калия 7 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день в течение двух курсов по 30 дней с 30-дневным интервалом между ними. При ежегодных обследованиях после операции не выявлено образования других грыж передней брюшной стенки и развития рецидива послеоперационной грыжи. Опрос показал высокий уровень качества жизни.

Клинический пример 3. Пациент А., 33 года, поступил с диагнозом невправимой грыжи белой линии живота, размер грыжевого выпячивания 3×2×1,5 см. Без клинических признаков слабости коллагена, ИАФК — 1,3, СК I и III типов — 6,2. При генотипировании выявлен генотип CC гена rs2009262 EFEMP1. Вероятность развития рецидива грыжи составила 7,2%, что относится к исходному риску заболевания, но указывает на очень низкий риск рецидива грыжи. Выполнено удаление грыжевого выпячивания с открытой аутопластикой апоневроза непрерывным полипропиленовым швом. В раннем послеоперационном периоде осложнений не было. В течение 10-летнего наблюдения не было образования грыж передней брюшной стенки других локализаций и рецидива грыжи белой линии, качество жизни высокое.

Обсуждение

Результаты исследования показали, что диагностической и прогностической информативностью характеризуются ИАФК, СК I и III типов и генетический полиморфизм rs2009262 EFEMP1. Приведенные индикаторы являются результатом поиска более точных и современных методов диагностики и прогнозирования рецидивов грыж передней брюшной стенки [17, 19]. Все они разработаны на основе данных о важной роли нарушений генетических и обменных процессов, влияющих на состояние соединительной ткани конкретного пациента. Эти методы исследования представляются перспективными для использования в хирургии, однако необходим более высокий, чем имеется в настоящее время, уровень достоверности; возможно, в начальном периоде целесообразно изучить применение всех трех методов на одном материале. Во всяком случае, такие исследования имеют оптимистическую практическую перспективу.

Важным и статистически значимым результатом раздела генетических исследований явилось подтверждение информативности полиморфизма rs2009262 EFEMP1 и отсутствие достоверности в отношении rs3809060 WT1 вопреки ранним сообщениям [3, 10, 23, 30]. Полиморфизм rs2009262 EFEMP1 является регулятором гомеостаза соединительной ткани и осуществляет процессы подавления матриксных маталлопротеиназ, повышая активность тканевого ингибитора протеиназ [22]. Относительные ограничения в виде более продолжительного времени получения результата и стоимости генетического исследования преодолеваются за счет бурного развития модификаций анализа с помощью ПЦР, в частности применения ПЦР в режиме реального времени для генетических исследований [31, 32].

Другим перспективным прогностическим показателем развития ГПБС, по данным настоящего исследования, явился ИАФК. Этот индекс характеризует уровень КПГ, которые образуют межбелковые сшивки волокон коллагена [33]. Неинвазивное определение ИАФК является перспективным методом и может быть рассмотрено как альтернатива методу определения СК I и III типов в биоптате кожи [34]. Анализ занимает около 5 мин и выполняется на простом и мобильном оборудовании непосредственно в палате. Необходимо получение подробной характеристики клинического применения и более обширной статистики использования данного метода.

Исследование СК I и III типов является инвазивной процедурой и связано с необходимостью биопсии участка кожи у пациента; биоптат в последующем должен быть изучен с помощью специального поляризационного микроскопа. Кроме того, для этого метода требуется изготовление гистологических препаратов и специальный краситель [20, 21]. Длительность такого исследования может составить от нескольких часов до суток. Учитывая сказанное, следует отметить, что при наличии оборудования и лаборатории с генетическим анализатором выполнение всех трех видов исследования у одного пациента вполне возможно.

Заключение

Данные о роли недостаточности соединительнотканных структур организма в патогенезе грыж передней брюшной стенки получили клиническое подтверждение. Прогнозирование предрасположенности к формированию этих грыж и, соответственно, к угрозе их рецидивирования может быть с высокой степенью вероятности осуществлено путем проведения комплекса диагностических мероприятий (генотипирование полиморфизма rs2009262 EFEMP1, определение индекса аутофлуоресценции кожи и соотношения коллагена I и III типов в коже) и расчета вероятности развития грыжи передней брюшной стенки с помощью бинарной логистической регрессии. При обнаружении риска развития грыжи передней брюшной стенки или угрозы ее рецидива возможно проведение лечения, направленного на нормализацию свойств коллагена: назначение оротата калия 3 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день и аскорбиновой кислоты 7 мг на 1 кг массы тела 3 раза в день в течение 1 мес. Эффект такого лечения доказан.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Пономарева И.В., Бушуева О.Ю., Эттингер А.П.

Сбор и обработка материала — Цуканов А.В., Иванов И.С., Иванов А.В., Горюшкин Е.И.

Статистический анализ данных — Цуканов А.В., Иванов И.С.

Написание текста — Цуканов А.В., Иванов И.С.

Редактирование — Пономарева И.В., Бушуева О.Ю., Эттингер А.П.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Authors contribution:

Study design and concept — Ponomareva I.V.,

Bushueva O.Yu., Oettinger A.P.

Data collection and processing — Tsukanov A.V., Ivanov I.S., Ivanov A.V., Goryushkin E.I.

Statistical analysis — Tsukanov A.V.,

Ivanov I.S.

Text writing — Tsukanov A.V., Ivanov I.S.

Editing — Ponomareva I.V., Bushueva O.Yu., Oettinger A.P.