Введение

Принципиальная возможность существования лазерного излучения была предсказана А. Эйнштейном еще в 1916 г., но его теоретические идеи оказалось трудно реализовать. Более пяти десятилетий назад изобретатели оптического квантового генератора, или лазера, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов и Т. Мейман предложили использовать лазерное излучение для работы с биологическими тканями. В настоящее время лазерные технологии присутствуют практически во всех областях жизни современного человека [1]. Спектр направлений медицинского применения уникальных свойств лазерного излучения огромен и расширяется с каждым годом. При помощи лазерного воздействия с различными параметрами в настоящее время рассекают мягкие ткани, коагулируют, герметизируют сосудистые трансплантаты. Важнейшими задачами современной пластической хирургии, а именно эстетической хирургии, является разработка и внедрение в клиническую практику таких способов соединения краев раны, которые были бы просты в исполнении, малотравматичны и давали удовлетворительные клинические и эстетические результаты [2]. Традиционные способы закрытия раневого дефекта с помощью хирургического шовного материала, кожных степлеров с одноразовыми скобами, биоклея на основе цианоакрилатов несовершенны, поскольку оставляют рубцовые изменения на коже пациента. Применение же контактных методов соединения тканей, в том числе с использованием шовного материала, металлических скоб не исключает опасности инфицирования раны [3]. Лазерный шов привлекателен вследствие отказа от шовного материала или ограничения его использования. Закрытие ран с помощью лазера — это современный бесконтактный и бесшовный оптический метод хирургического восстановления целостности мягких тканей [4]. Этот метод включает использование устройства, обеспечивающего воздействие лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне на края раны и дополнительно вводимого биологического припоя (биоприпоя), состоящего из водной дисперсии наночастиц — одностенных углеродных нанотрубок, биополимеров — бычьего сывороточного альбумина и коллагена, и хромофора (поглотителя излучения) — индоцианина зеленого. Нагрев биоприпоя лазерным излучением приводит к термической деформации клеток в области воздействия с выходом клеточного матрикса, связующего биологические ткани в виде лазерного шва, он же сварной шов [5]. Биологический припой представляет собой дисперсию связующих веществ в виде композита в воде на основе белков и/или биосовместимых полимеров, в состав которых дополнительно включают углеродные нанотрубки и поверхностно-активные вещества. Лазерное воздействие на края раны обеспечивает хорошее сопоставление их краев, герметичность соединения и исключает внутрипросветные воспалительные или аллергические реакции [6]. Однако следует отметить, что теоретические и клинические аспекты применения лазера для соединения тканей при выполнении оперативных вмешательствах проработаны недостаточно для их успешного применения в клинической практике. Открытым остается вопрос о глубине нарушений тканевой гемодинамики и жизнеспособности тканей в различных слоях и участках эпидермиса, дермы, подкожной жировой клетчатки, что обусловливает актуальность настоящего исследования.

Цель исследования — сравнительная оценка эффективности соединения тканей при лоскутной пластике с применением лазерного воздействия и традиционного хирургического шва в эксперименте.

Материал и методы

Эксперименты выполнены на 18 крысах-самцах линии Wistar, полученных из питомника ФГБУН «Институт биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова» РАН (Пущино), массой 220—240 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет). На проведение эксперимента получено разрешение локального этического комитета ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет) от 03.02.22, решение №03-22. Лабораторные животные были разделены на контрольную и экспериментальную группы по 9 особей в каждой. Под общим обезболиванием с помощью золетила (4 мг/кг внутрибрюшинно) и ксилазина (5 мг/кг внутрибрюшинно) в каждой группе моделировали кожный линейный дефект по Grose and Werner (2004) с последующим иссечением кожи и закрытием раны встречными кожными лоскутами. У животных контрольной группы встречные лоскуты соединяли узловыми однорядными швами моноволоконным синтетическим нерассасывающимся материалом пролен 6/0 с интервалом 5 мм, которые снимали на 7-е сутки (рис. 1).

Рис. 1. Хирургические этапы в эксперименте.

а — подготовка операционного поля путем эпиляции шерстяного покрова триммером; б — моделирование кожного дефекта по Grose and Werner; в — закрытие кожного дефекта узловыми однорядными швами; г — закрытие кожного дефекта с помощью биоприпоя и лазерного воздействия на края раны.

В экспериментальной группе после сопоставления углов лоскутов инъекционной иглой на кожу крыс наносили биоприпой, приготовленный в стерильных условиях, и воздействовали лазерным излучением не дольше 1 мин на каждую точку с шагом 2 мм (см. рис. 1, г; рис. 2, а). Аппарат для лазерного соединения биологических тканей, сконструированный на основе диодного лазера с обратной температурной связью (рис. 2, б), был предоставлен лабораторией биомедицинских нанотехнологий Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» [5]. В работе использовался биоприпой ЛБН-1 (бычий сывороточный альбумин 25 масс. %, коллаген 8 масс. %, индоцианин зеленый 0,1 масс. %, одностенные углеродные нанотрубки 0,1 масс. %, вода) [6, 7], который трансформируется в твердое состояние в процессе фазового перехода под воздействием лазерного излучения [5]. Параметры лазерного излучения: импульсно-периодический режим, длина волны 970 нм, максимальная сила тока 5 А. В процессе соединения температура области сваривания динамически контролировалась с помощью обратной температурной связи, не допускался перегрев с повышением температуры более 50 °C. Приняты следующие значения коэффициентов пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора: P=11; I=1; D=0.

Рис. 2. Процесс лазерного соединения мягких тканей.

а — схематичное изображение; б — аппарат для лазерного соединения биологических тканей.

На 7, 14 и 21-е сутки после визуального осмотра области воздействия по 3 особи из каждой группы выводили из эксперимента под ингаляционным ветеринарным наркозом (изофлуран) в специальной камере. В асептических условиях у фиксированных лабораторных животных брали комплекс кожного дефекта до фасциального слоя. Прочность шва на разрыв (на 7 и 14-е сутки) анализировали с помощью динамометра Ugo Basile (Италия). Морфологическое изучение области пластики на срезах толщиной 4 мкм, окрашенных гематоксилином и эозином (ООО «БиоВитрум», Россия), проводили с использованием микроскопа Olympus (Япония). На 21-е сутки оценивали косметический эффект соединения краев раны по шкале SCAR [8]. При анализе полученных результатов использовали методы описательной и сравнительной статистики. В частности, определяли однородность и дисперсию данных в исследуемых сериях и группах. Нормальность распределения проверяли графически, а также с помощью дисперсионного анализа. В случае нормального распределения признаков для межгруппового сравнения 3 групп и более применяли тест ANOVA (analysis of variance) с последующим использованием теста Тьюки. Базу данных исследования вели в среде Excel, расчеты проводили с применением лицензионного пакета программ по статистике STATA v.17.0 (США).

Результаты

В постоперационный период состояние всех животных было удовлетворительным. На 7-е сутки у крыс контрольной группы края ран были гиперемированы и утолщены за счет отека. В экспериментальной группе раны частично были прикрыты струпом, однако окружающие ткани не были изменены. Зона раны без струпа имела гладкую, блестящую, слегка гиперемированную поверхность (рис. 3, а). При гистологическом исследовании на указанном сроке у большинства животных контрольной группы (n=6) область шва была покрыта фибриновым сгустком, плотно спаянным с подлежащими тканями. Только у ¹/₃ животных раневая поверхность была эпителизирована многослойным плоским эпителием с признаками гиперкератоза. В дермальном слое образцов кожи животных контрольной группы в области шва ткань была предоставлена незрелым рубцом, в котором отмечались редукция капилляров и фибробластов, умеренная лимфо-макрофагальная инфильтрация. В экспериментальной группе в 77% случаев наблюдения раневая поверхность была покрыта коагулированным фибрином, проникающим в более глубокие слои раны. Непосредственно под струпом выявлялись рыхло расположенные, хаотично ориентированные волокна коллагена, окруженные веретеновидными фибробластами и клетками воспалительного инфильтрата (макрофаги, лимфоциты). В более глубоких слоях в созревающей грануляционной ткани определялись многочисленные волосяные фолликулы различной степени зрелости, что указывает на высокий регенераторный потенциал дермы в экспериментальной группе (рис. 3, б).

Рис. 3. Картина ранозаживления при лоскутной пластике на 7, 14 и 21-е сутки с использованием узлового и лазерного соединения тканей в исследуемых группах.

а — внешний вид; б — гистологическая картина; окраска гематоксилином и эозином, ув. 100.

После снятия узловых швов на 7-е сутки прочность на разрыв кожного соединения составила в группе контроля в среднем 2,9±0,3 МПа. Использование лазера для соединения краев полнослойного кожного дефекта приводило к формированию рубца меньшей прочности — значение показателя снижалось до 1,8±0,2 МПа (p=0,001 при сравнении с группой контроля).

На 14-е сутки у животных контрольной группы отмечался протяженный, западающий послеоперационный дефект красного цвета с телеангиоэктазиями в области снятых швов. Важно отметить, что форма раны практически не изменилась по сравнению с предыдущим сроком наблюдения. В экспериментальной группе струп полностью отсутствовал у всех животных. Края раны были ровно сопоставлены друг с другом, рубец имел светло-розовый цвет и гладкую поверхность. При микроскопии в контрольной группе, несмотря на полную эпителизацию дифференцированным эпителием места сопоставления краев дефекта, папиллярный слой дермы на протяженном участке был представлен незрелой рубцовой тканью без кожных придатков. В этой группе почти во всех случаях наблюдения сохранялась слабая воспалительная инфильтрация макрофагами и лимфоцитами. В экспериментальной группе раневая поверхность была полностью эпителизирована у всех животных, однако в большинстве случаев слой эпидермиса был утолщен, гипертрофирован, эпидермальные гребни были выражены слабо. Тем не менее папиллярный слой дермы практически полностью регенерировал; только у 3 из 9 животных в небольшом фокусе незрелой рубцовой ткани выявлялись относительно многочисленные фибробласты и слабая макрофагальная инфильтрация. Только у 1 животного в дерме отсутствовали придатки кожи.

В связи с естественным течением процесса ранозаживления показатели прочности соединения увеличивались во всех группах. Так, прочность на разрыв кожного соединения в группе контроля с узловым швом составляла в среднем 3,4±0,5 МПа, в экспериментальной группе — 3,2±0,4 МПа.

На 21-е сутки у крыс в группе контроля послеоперационный рубец был четко выражен. Он характеризовался гладкой поверхностью и умеренной плотностью ткани. В экспериментальной группе отсутствовали следы рубцовой деформации и эритемы, при пальпации области раны очаговые уплотнения не определялись. При патоморфологическом исследовании в указанный период в группе контроля отмечалась полная регенерация эпителия и дермы. Эпителий характеризовался умеренным гиперкератозом. Папиллярный слой дермы полностью регенерировал в большинстве случаев наблюдения, однако у 2 животных он был замещен созревающей рубцовой тканью с сохраняющейся слабой периваскулярной и диффузной лимфо-макрофагальной инфильтрацией.

В экспериментальной группе эпителий, выстилающий область шва, был высоко дифференцирован. В нем определялись все характерные слои, были выражены эпидермальные выросты. В отличие от группы контроля признаки дистрофии определялись только у 2 животных. Папиллярный слой дермы был представлен рыхлой волокнистой соединительной тканью с многочисленными волосяными фолликулами. Число фибробластов в предполагаемой области шва было таким же, как в интактных участках ткани. Сетчатый слой дермы был представлен плотными, переплетающимися пучками коллагеновых волокон. При оценке косметических характеристик рубца на 21-е сутки по шкале SCAR суммарная оценка для узлового соединения при кожной пластике составила 4 балла, тогда как при лазерном соединении — 1 балл (рис. 4).

Рис. 4. Косметические характеристики узлового и лазерного соединения тканей при лоскутной пластике на 21-е сутки.

Обсуждение

С позиции клинической медицины восстановление целостности тканей, качественное и эффективное соединение раневых краев имеет в настоящее время ключевое значение. Совершенствование оснащенности и подходов к восстановительной, регенеративной и реконструктивной хирургии позволило совершить технологический прорыв в рассматриваемой области. Однако все еще малая доступность высокотехнологической медицинской помощи, широкое распространение раневых процессов в популяции вне зависимости от уровня экономического развития государства диктуют необходимость продолжения поиска безопасных и менее затратных способов восстановления органов и тканей. В работе показаны возможности соединения полнослойной кожной раны после экспериментальных реконструктивных вмешательств с использованием техники закрытия дефекта встречными лоскутами с помощью лазера и биоприпоя на основе углеродных нанотрубок, индоцианина зеленого, белков альбумина и коллагена. Большое значение имели отработка оптимальной техники лазерного соединения полнослойной кожной раны, оценка прочности и косметических результатов. Представленные результаты открывают перспективы для разработки технологии лазерного соединения кожи с использованием биоприпоя.

Выводы

1. Лазерное соединение краев раны по времени заживления операционной раны при пластике встречными лоскутами сопоставимо с узловыми швами.

2. Лазерное соединение краев раны уступает по прочности узловому шву на 7-е сутки и сопоставимо на 14-е сутки послеоперационного периода.

3. Использование лазерной технологии для соединения краев раны сокращает площадь формирующегося дефекта и улучшает косметические характеристики послеоперационного рубца на 21-е сутки.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — А.Л. Истранов, А.Ю. Герасименко, Е.В. Блинова

Сбор и обработка материала — К.А. Галиченко, Д.И. Рябкин, В.В. Сучкова, Е.А. Герасименко, А.В. Игрункова, С.П. Тимошкин, И.Н. Сорокваша

Статистическая обработка данных — К.Д. Блинов

Редактирование — С.С. Дыдыкин

Participation of authors:

Concept and design of the study — A.L. Istranov, A.Yu. Gerasimenko, E.V. Blinova

Data collection and processing — K.A. Galichenko, Ryabkin D.I., V.V. Suchkova, E.A. Gerasimenko, A.V. Igrunkova, S.P. Timoshkin, I.N. Sorokvasha

Statistical processing of the data — K.D. Blinov

Editing — S.S. Dydykin

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (Проект FSMR-2024-0003).

Source of financing. The work was carried out within the framework of the state assignment of the Russian Ministry of Education and Science (Project FSMR-2024-0003).