Структурно-функциональные аспекты тканевой реакции на имплантированный эндопротез у пациентов с рецидивами грыж брюшной стенки на отдаленных сроках

В настоящее время использование эндопротеза для пластики грыжевых ворот считается «золотым стандартом» хирургического лечения грыж брюшной стенки [1]. В Российской Федерации в 2022 г. доля применения сетчатых имплантов при открытом методе лечения послеоперационных вентральных грыжах составила 80,34%, а при открытом методе лечения паховых грыж — 66,58% [2]. По мере увеличения распространенности имплантации эндопротеза также возрастает количество осложнений и, как следствие, необходимость удаления ранее имплантированного эндопротеза и повторной герниопластики [3]. Причины осложнений и рецидива после пластики грыжевых ворот с использованием эндопротеза являются наименее изученными в герниологии. Практически все данные о биологическом поведении инородного материала получены из экспериментов на животных (мышах, крысах, собаках, свиньях) и в короткие сроки наблюдений [4]. Современные эндопротезы расцениваются в организме человека как физически и химически инертные материалы, стабильные и нетоксичные. Однако все экспериментальные и клинические исследования показали неоднородную клеточную реакцию организма на имплантацию всех полимерных эндопротезов, представленных сегодня на рынке [5].

Целью исследования было выявление особенностей структурно-функционального состояния клеток соединительной ткани у пациентов с рецидивами грыж после пластики грыжевых ворот с использованием эндопротеза на отдаленных сроках.

Мы проанализировали срезы тканей из зоны рецидива грыжи у 60 пациентов, пролеченных в ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр хирургии им. А.В. Вишневского» Минздрава России в отделении герниологии и реконструктивной хирургии в 2015—2020 гг., которым ранее по поводу грыж брюшной стенки выполнена пластика грыжевых ворот с использованием эндопротеза в различных медицинских учреждениях. Среди пациентов женщин — 39 (65,5%), мужчин — 21 (34,5%), возраст от 34 лет до 81 года (средний 60±2 года). Индекс массы тела составил 32±0,4 кг/м². По классификации J. Chevrel и R.M. Rath (2000) [6] большая послеоперационная грыжа (W3) имелась у 35 (58%) пациентов, средняя (W2) — у 17 (28%) и гигантская (W4) — у 8 (14%). У 37 (62%) пациентов ранее имплантированы полипропиленовые (ПП) эндопротезы, производитель которых неидентифицирован, у 8 (13%) — ПП эндопротез Prolene, у 3 (5%) — частично рассасывающийся облегченный монофиламентный эндопротез Ultrapro, состоящий примерно из одинаковых частей нерассасывающихся ПП волокон и рассасывающихся полиглекапроновых волокон, у 4 (7%) — сетчатый эндопротез из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), производитель которых неидентифицирован, и у 8 (13%) пациентов ПП эндопротез Proceed с рассасывающимся антиадгезивным покрытием. По срокам удаления ранее имплантированного эндопротеза пациенты разделены на три группы: 1—5 года — 33 (55%), 6—10 лет — 22 (37%) и 11—19 лет — 5 (8%). Распределение пациентов по ранее имплантированному эндопротезу и по срокам их удаления представлено в табл. 1.

Таблица 1. Распределение пациентов по ранее имплантированному эндопротезу и по срокам их удаления

Для электронно-микроскопического исследования фрагменты ткани с эндопротезами из зоны рецидива грыж фиксировали и обезвоживали по стандартной методики, приемлемой для просмотра в электронном микроскопе JEM 100-CX (JEOL, Япония). Гистологическое исследование проводили по общепринятой методике. Микрофотографии выполняли при помощи сканера 3DHISTECH Ltd., Panoramic.

Во всех наблюдениях после имплантации через 1—2 года независимо от типа эндопротеза реакция тканей практически не отличалась и характеризовалась прорастанием ячеек сетчатого эндопротеза соединительной тканью с сохранением невыраженного хронического асептического воспаления. Воспалительные инфильтраты из лимфоцитов, макрофагов и многоядерных макрофагов группировались вокруг нитей эндопротезов (рис. 1 а, б). По периферии грануляционного вала вокруг нитей грануляционная ткань замещалась грубой фиброзной тканью. Коллагеновые волокна ориентировались параллельно и циркулярно нитям ПП и формировали муфты вокруг фрагментов эндопротезов.

Рис. 1. Микрофотографии морфологических изменений фиброзной капсулы вокруг нитей эндопротеза через 1—5 лет после эндопротезирования.

а — воспалительные инфильтраты вокруг нитей эндопротеза (звездочки) Prolene (рецидив через 1 год); б — воспалительный инфильтрат вокруг эндопротеза Proceed (звездочки) (рецидив через 2 года); в — капилляр, в просвете которого находятся эритроциты (Э), окружен функционально активными макрофагами (стрелки) (эндопротез Proceed) (рецидив через 2 года); г — коллагенпродуцирующий фибробласт (эндопротез Prolene) (рецидив через 1 год); д — клеточная реакция (белая стрелка) на ПП эндопротез неизвестного производителя (звездочка). В перипротезном пространстве большое количество кровеносных сосудов (стрелка), (рецидив через 3 года после имплантации); е — увеличенное перипротезное пространство (люфт) (белая стрелка). Щелевидное пространство между коллагеновыми волокнами (стрелка). Фрагмент эндопротеза Proceed — звездочка (рецидив через 3 года после имплантации); ж — макрофаг (М) в состоянии деструкции среди волокон коллагена (К) (эндопротез Ultrapro) (рецидив через 3 года после имплантации); з — воспалительные инфильтраты (стрелки) вокруг фрагментов эндопротеза из ПЭТФ (звездочка) (рецидив через 5 лет после имплантации); и — тонкая соединительнотканная капсула (стрелка). Участок деградации (стрелка белая) эндопротеза из ПЭТФ (рецидив через 5 лет после имплантации); к — отсутствие фиксации фрагментов эндопротеза из ПЭТФ (звездочка) в соединительной ткани. Разрозненные фрагменты коллагена (К) (рецидив через 5 лет после имплантации). Окраска: а, д, з — гематоксилином и эозином; б, е — толуидиновым синим. Трансмиссионная электронная микроскопия — в, г, ж, и, к. Увеличение: а, з — ×100; б, д, е — ×200; в, и — ×9000; г, ж, к — ×12 000.

Клетки хронического грануляционного воспаления находились в функционально активном состоянии. Цитоплазма многочисленных макрофагов заполнена фагосомами с детритом и образовывала большое количество выростов, что указывало на высокую функциональную активность клеток. Между капиллярами с признаками нарушения гемодинамики в виде сладжа и стаза эритроцитов находились лимфоцитарные инфильтраты и функционально активные макрофаги (рис. 1 в). Дистрофические изменения в эндотелиальных клетках проявлялись в вакуолизизации цитоплазмы, просветлении матрикса и нарушении ориентации крист митохондрий. В цитоплазме фибробластов гранулярная цитоплазматическая сеть была хорошо развита и образовывала расширения, заполненные хлопьевидым материалом, что указывало на активность белоксинтетических процессов (синтез коллагена) (рис. 1 г).

Через 3 года после имплантации ПП сетчатых эндопротезов независимо от их типа сохранялись признаки хронического воспаления разной степени выраженности. Воспалительные инфильтраты преимущественно в зоне, обращенной в сторону ПП нити, состояли из лимфоцитов, плазмоцитов, макрофагов, а также присутствовали многоядерные макрофаги инородных тел. Фиброзная ткань, окружающая структуры эндопротеза, сохраняла сосуды, что указывало на продолжающиеся репаративные процессы (рис. 1 д). Отмечалось увеличение пространства между ПП нитью и тканью, при этом, возможно, происходило смещение нитей эндопротеза по типу люфта, что дополнительно могло травмировать и вызывать персистирующую хроническую воспалительную реакцию в окружающей ткани. Следует отметить, что вокруг большинства фрагментов ПП нитей сформировались малоклеточные фиброзные капсулы в виде концентрических слоев из грубых коллагеновых волокон (рис. 1 е). Промежутки между коллагеновыми волокнами заполнены деструктивно измененными макрофагами, фибробластами, что может служить фактором ослабления прочности фиброзной капсулы в области имплантации эндопротеза (рис. 1 ж).

Заметим, что гранулемы с наличием многоядерных макрофагов инородных тел чаще располагались вокруг фиксирующего шовного материала, который воспринимается организмом как чужеродный материал, а не вокруг элементов эндпротеза, что косвенно может указывать на тканевую биосовместимость ПП эндопротезов.

Через 4—5 лет после имплантации эндопротеза из ПЭТФ отмечали наличие фиброзной капсулы с полнокровными сосудами, а также множеством фрагментов сетчатого эндопротеза, окруженных лимфоцитарной инфильтрацией, гигантскими многоядерными клетками типа «инородных тел» (рис. 1 з). Коллагеновые волокна врастали между фрагментами эндопротеза. Сохранялись участки с хроническим воспалением. Макрофаги, тучные клетки в активном функциональном состоянии находились в области имплантации. Часть фрагментов эндопротеза из ПЭТФ окружены фиброзной капсулой (рис. 1 и), другая часть — просматривалась в виде отдельных фрагментов в мягких тканях брюшной стенки (рис. 1 к).

Через 6—10 лет после имплантации ПП сетчатых эндопротезов в месте рецидива сохранялась клеточная реакция на инородное тело (рис. 2 а). Вокруг нитей отмечали лимфоцитарно-макрофагальную инфильтрацию. В прилежащей ткани развивался имплантат-индуцированный фиброз с очагами лимфоплазмоцитарной инфильтрации, полнокровием мелких сосудов, очагами кровоизлияния, с участками гиалиноза (рис. 2 б). В результате потери эластичности фиброзной ткани и развития гиалиноза, вероятно, происходит прогрессирующая контракция эндопротеза, что способствует развитию рецидива грыжи. Вокруг нитей эндопротеза Proceed клеточная реакция была самая скудная, а сформированная фиброзная капсула — малоклеточная с небольшим люфтом между нитью и внутренней поверхностью капсулы (рис. 2 в). Отсутствие многоядерных макрофагов свидетельствовало о высокой биосовместимости эндопротеза.

Рис. 2. Микрофотографии морфологических изменений фиброзной ткани в месте имплантации ПП эндопротеза и изменения эндопротеза через 6—10 лет после имплантации.

а — расширенная перипротезная зона (белая стрелка) вокруг ПП нитей эндопротеза Prolene (звездочка). Выраженная клеточная реакция вокруг эндопротеза с большим количеством кровеносных сосудов (стрелка), (рецидив через 7 лет после имплантации); б — имплантат-индуцированный фиброз. Грубоволокнистая фиброзная ткань (стрелка) с очагами лимфоцитарной инфильтрации (белая стрелка) и участками гиалиноза (Г) вокруг фрагментов неидентифицированного ПП эндопротеза (звездочка) (рецидив через 10 лет после имплантации); в — соединительнотканная капсула (стрелки) вокруг ПП нитей эндопротеза Proceed (звездочки). Увеличенные пространства между коллагеновыми волокнами (белые стрелки), рецидив через 6 лет после имплантации; г — дефект (стрелка) на ПП нити эндопротеза Prolene (рецидив через 7 лет после имплантации); д — трещины на ПП нити неидентифицированного эндопротеза (рецидив через 7 лет после имплантации); окраска: б — гематоксилином и эозином; а, в — толуидиновым синим. Увеличение: а, в — ×400; б — ×200; г — ×6000: д — ×20. Сканирующая электронная микроскопия — г.

При исследовании биоптатов в сканирующем микроскопе обращает внимание неплотное прилегание (люфт) окружающих тканей к ПП нити эндопротеза Prolene. Отмечали частичную деструкцию фрагментов эндопротеза Prolene (рис. 2 г), а также появление изломов, трещин и других дефектов на ПП нитях неидентифицированного эндопротеза (рис. 2 д), что могло привести к повышению хрупкости ПП эндопротеза, потере механических свойств и, как следствие, развитию рецидива грыжи.

Через 11—19 лет после имплантации ПП эндопротезов, производитель которых не был идентифицирован, отмечали имплантат-индуцированный фиброз с участками гиалиноза. При исследовании поверхность ПП нитей была с трещинами и мелкими дефектами.

Через 19 лет после имплантации эндопротеза из ПЭТФ, производитель которых не идентифицирован, фрагменты эндопротеза были окружены многоядерными макрофагами. Грануляционная ткань врастала между деструктивно измененными волокнами эндопротеза (рис. 3 а). Макрофаги, окружающие фрагменты эндопротеза, проявляли высокую функциональную активность. В цитоплазме клеток определяли фагосомы с миелиноподобными образованиями, большое количество гранул, лизосом и фаголизосом (рис. 3 б). Фибробласты с характерной ультраструктурной организацией активно синтезировали белки, в том числе и коллаген (рис. 3 в). Вокруг фрагментов деструктивно измененного ПЭТФ эндопротеза за зоной воспаления сформировалась фиброзная капсула с участками выраженного гиалиноза (рис. 3 г). Деструкция фрагментов эндопротеза и сопутствующая этому персистирующая воспалительная реакция в зоне имплантации могли быть причиной рецидива грыжи.

Рис. 3. Микрофотографии фиброзной капсулы в месте имплантации и изменения эндопротеза из ПЭТФ через 19 лет.

а — деструкция фрагмента нити эндопротеза (звездочка); б — функционально активный макрофаг; в — функционально активный фибробласт, увеличение; г — выраженный гиалиноз (Г) и клеточная реакция в зоне имплантации эндопротеза (звездочка). Окраска: г — гематоксилином и эозином. Трансмиссионная электронная микроскопия — а—в. Увеличение: а — ×6000; б, в — ×12 000; г — ×100.

Проследить судьбу имплантированного материала и динамику тканевой реакции в течение длительного периода особенно важно для пожизненно установленных эндопротезов. В своих исследованиях R.G. Holzheimer (2022) подчеркнул, что именно в долгосрочной перспективе возможно достоверно оценить все осложнения после имплантации эндопротеза и разумно подойти к их применению [7]. Однако в литературе представлены в основном результаты исследования клеточной реакция на различные эндопротезы в эксперименте на сроках от 7 до 180 сут после имплантации эндопротеза [8—10]. Следует отметить, что недеградируемые эндопротезы вызывают клеточные реакции в окружающих тканях на протяжении всего срока имплантации. Интенсивность клеточных реакций модулируется физико-химическими свойствами имплантов. Известно, что ПП физически и химически инертен, стабилен, неиммуногенен и нетоксичен [11]. Несмотря на все положительные свойства ПП, его использование также приводит к имплантат-ассоциированным осложнениям, являющимися следствием реакции организма на синтетический материал [12]. ПП эндопротез, а также его тип (мультифиламентный или монофиламентный), вызывает типичную реакцию организма на инородное тело, включающую воспаление, фиброз, кальцификацию, что может быть причиной деформации эндопротеза и последующих осложнений. Наши исследования показали сохранение персистирующей воспалительной реакции даже через 19 лет после имплантации эндопротеза независимо от его типа. Согласно нашим исследованиям, через 7 лет после имплантации ПП эндопротезов появляются дефекты на ПП нитях в виде трещин, каверн, что со временем ослабляет прочность эндопротеза. Степень выраженности этих изменений зависит от количества имплантированного ПП в составе эндопротеза. С течением времени деструкции подвергаются и эндопротезы из ПЭТФ, что нами было отмечено. Это может быть одной из причин рецидива грыжи на отдаленных сроках, особенно, при имплантации эндопротеза в позиции «мостика» (Bridging). Так, даже через 19 лет после имплантации эндопротеза из ПЭТФ сохранялось гранулематозное воспаление с многоядерными макрофагами.

Таким образом, с течением времени (в нашем исследовании через 7 лет) деструкции подвергались эндопротезы как из полипропилена, так и из полиэтилентерефталата. Эндопротезы любого типа вызывают длительную персистирующую воспалительную гранулематозную реакцию в зоне имплантации спустя многие годы (до 19 лет) вне зависимости от типа эндопротеза. В результате длительного воспаления вокруг нитей образуется свободное пространство (люфт), что, в свою очередь, приводит к дополнительной травматизации окружающих мягких тканей брюшной стенки и запускает каскад репаративно-воспалительных процессов с избыточным образованием фиброзной ткани на фоне десинхронизации фаз воспаления и регенерации.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Чекмарева И.А., Гогия Б.Ш., Паклина О.В., Аляутдинов Р.Р.

Сбор и обработка материала — Чекмарева И.А., Гогия Б.Ш., Паклина О.В., Аляутдинов Р.Р.

Статистическая обработка — Гогия Б.Ш., Аляутдинов Р.Р.

Написание текста — Чекмарева И.А., Гогия Б.Ш., Паклина О.В., Аляутдинов Р.Р.

Редактирование — Чекмарева И.А., Гогия Б.Ш., Аляутдинов Р.Р.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.