Введение

Наружные грыжи живота, составляющие 10—15% от всех хирургических болезней, являются весьма распространенными в клинической практике [1—5]. Известно, что 10—21% всех операций в абдоминальной хирургии занимают грыжесечения [5, 6]. По международной статистике, в мире ежегодно выполняют около 1,5 млн вмешательств по поводу вентральных грыж [7—12].

Протезирующая герниопластика — один из наиболее эффективных подходов при выборе методики укрепления грыжевых ворот [1, 7, 13—17]. Использование сетчатых протезов позволяет существенно снизить натяжение тканей в области грыжевого дефекта, что значительно улучшает долгосрочный результат операции [18—20]. Широко внедряются в клиническую практику новые сетчатые имплантаты, изготовленные из биоразлагаемых и биосовместимых материалов, обладающие низкой иммуногенной активностью, что снижает риск воспаления и их отторжения [5, 19, 20].

Тем не менее результаты лечения больных с использованием сетчатых протезов не всегда удовлетворяют хирургов [21]. Количество рецидивов после выполненных протезирующих методик составляет 5—10%, а у пациентов с послеоперационными вентральными грыжами — 14,2% [5, 22]. Несмотря на достигнутый прогресс в разработке и использовании различных синтетических протезов, клеточные механизмы ремоделирования соединительной ткани после герниопластики изучены недостаточно [1].

Использование синтетических материалов нередко сопровождается рядом таких осложнений, как формирование избыточной рубцовой ткани и биомеханической слабости тканей в области грыжевых ворот [1, 3, 5]. После герниопластики с использованием протезирующих методик наблюдается значительная перестройка структур тканей, что приводит к изменению их биомеханических свойств [22]. Ключевая роль в этом процессе отводится, главным образом, коллагеновым волокнам I и III типов [1, 5]. В современной литературе детально описаны механизмы нарушений соотношения этих волокон, где указывается, что при увеличении количества коллагеновых волокон III типа с одновременным уменьшением количества волокон I типа уменьшается прочность тканей и значительно увеличивается их растяжимость. Это может способствовать рецидиву грыж [18].

В решении вопросов профилактики развития послеоперационных осложнений, в том числе вопросов, направленных на усиление биомеханической прочности области грыжевого дефекта, современные методики герниопластики претерпели значительные изменения благодаря технологическому прогрессу и разработке новых материалов [7]. Применение биоинженерных трансплантатов, лишенных иммунных материалов за счет химической децеллюляризации (удаления клеток и клеточных элементов из конкретной ткани с сохранением внеклеточного матрикса и 3D-структуры органа), является весьма актуальным и перспективным направлением герниопластики. Использование внеклеточного матрикса, включающего базальную мембрану и интерстициальный слой с преобладанием коллагеновых волокон I типа, может способствовать лучшему приживлению материала в области грыжевого дефекта и, тем самым, снизить вероятность различных осложнений в послеоперационном периоде [1, 5].

В связи с изложенным была поставлена цель исследования: в эксперименте на лабораторных животных изучить особенности морфологического строения и биомеханические свойства послеоперационного рубца после герниопластики «sublay retromuscular» с применением биоинженерного трансплантата, полученного из широкой фасции бедра человека.

Материал и методы

Экспериментальная оценка морфологических характеристик тканей послеоперационного рубца после предложенной герниопластики вентральной грыжи была проведена на базе научно-исследовательского института экспериментальной биологии и медицины и кафедры оперативной хирургии с топографической анатомией ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, а также на базе ФГБОУ ВО «Курский государственный медицинский университет» Минздрава России. Исследование одобрено заседанием локального этического комитета ВГМУ им. Н.Н. Бурденко (№3 от 14.10.2024).

Экспериментальное исследование выполнено с использованием 15 половозрелых кроликов породы шиншилла массой 3500—4000 г. При проведении эксперимента учитывали утвержденные правила лабораторной практики (приказ Минздрава РФ от 18.05.2021 №464н «Об утверждении Правил проведения лабораторных исследований», Европейская конвенция о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETS №123), Страсбург, 1986). С целью анестезиологического пособия кроликам внутримышечно вводили ксилазина гидрохлорид (из расчета 0,5 мл/кг массы тела), а также ингаляционно изофлуран в концентрации 3,5 об.% со скоростью потока 3,5±0,5 л/мин.

На первом этапе исследования получали биоинженерный трансплантат путем погружной химической децеллюляризации участка широкой фасции бедра трупа человека по методике, разработанной на кафедре оперативной хирургии с топографической анатомией ВГМУ им. Н.Н. Бурденко (патент на изобретение RU №2792542).

На втором этапе исследования экспериментальным животным моделировали срединную вентральную грыжу (патент на изобретение RU №2842930). После обработки операционного поля по передней срединной линии в области мезогастрия продольным разрезом послойно рассекали кожу с подкожной жировой клетчаткой. Затем с обеих сторон (вблизи своего медиального края) надсекали передние листки апоневротического влагалища прямых мышц живота и на расстоянии 0,5 см друг от друга накладывали отдельные узловые швы с захватом половины ширины мышцы. Далее выполняли средне-срединную лапаротомию длиной 6 см путем послойного рассечения белой линий живота, внутрибрюшной фасции, предбрюшинной клетчатки и париетальной брюшины. Нижние 2/3 лапаротомной раны ушивали непрерывным обвивным швом с захватом в шов задних листков апоневротического влагалища прямых мышц живота. В верхней трети раны ушивали только париетальную брюшину, оставляя не ушитой белую линию живота, тем самым имитируя грыжевые ворота. Передние листки апоневротического влагалища прямых мышц живота оставляли неушитыми на всем протяжении. Завершали моделирование срединной вентральной грыжи наложением отдельных узловых швов на кожу с подкожной жировой клетчаткой.

Через 14 дней после хирургического вмешательства у всех экспериментальных животных формировалось грыжевое выпячивание в области верхней трети послеоперационного рубца, которое ликвидировали грыжесечением с укреплением грыжевого дефекта методом «sublay retromuscular» с использованием полученного биоинженерного трансплантата.

После этого животных выводили из эксперимента на 14, 30 и 180-е сутки после грыжесечения (по 5 особей на каждом сроке) при помощи передозировки наркозным препаратом (изофлуран 99,9%). Долгосрочный эффект после герниопластики оценивали на 180-е сутки согласно Американскому колледжу хирургов (ACS) в программе NSQIP (National Surgical Quality Improvement Program). На аутопсии выполняли забор тканей передней брюшной стенки из зоны операции для гистологического исследования и оценки биомеханических свойств послеоперационного рубца.

Исследование носило пилотный характер и было направлено на оценку предварительной эффективности нового способа укрепления грыжевых ворот на разных сроках эксперимента, а не на подтверждение превосходства над контролем.

Изготовленные гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином и определяли количество лейкоцитов в исследуемых тканях, оценивали ультраструктуру и количество сосудов, а также соотношение нейтрофилов и фибробластов. Для определения типов коллагеновых волокон (I и III) и их соотношения гистологические срезы окрашивали пикросириусом красным («БиоВитрум», Россия), после чего исследовали методом поляризационной микроскопии.

На заключительном этапе эксперимента оценивали ткани послеоперационного рубца на прочность и эластичность с использованием электромеханической разрывной машины «Метротест» в соответствии с ГОСТ 8847-85.

Результаты исследования обрабатывали статистически с использованием программы IBM SPSS Statistic 25.0. Применяли критерий Шапиро—Уилка (поскольку выборка в каждой группе не превышает 50 объектов, а n=15 рассматривается как нижняя граница; в сомнительных случаях, при выборке n=15, был проведен анализ гистограмм распределения, оценены эксцесс и асимметрия), H-критерий Краскела—Уоллиса. В качестве меры центральной тенденции указывали медиану (Me), меры изменчивости — межквартильный интервал [Q1; Q3]. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты и обсуждение

После проведения комплексного гистологического исследования микропрепаратов тканей послеоперационного рубца по мере увеличения сроков после герниопластики были получены следующие результаты (табл. 1).

Таблица 1. Результаты гистологического исследования микропрепаратов тканей послеоперационного рубца на 14, 130 и 180-е сутки после герниопластики

Прежде всего было установлено, что на 14-е сутки после операции в исследуемых тканях наблюдалась выраженная лейкоцитарная реакция (Me=95,0 ед. в п/з; при норме 0—2 ед. в поле зрения [22]; F=30; p<0,001; рис. 1). На 30-е сутки наблюдения количество лейкоцитов в поле зрения достоверно снижалось (Me=7,7 ед. в п/з) и нормализовалось к 180-м суткам после герниопластики (Me=0,30 ед. в п/з; p_14—180=0,001; рис. 2).

Рис. 1. Микропрепарат тканей послеоперационного рубца на 14-е сутки после герниопластики.

Окраска гематоксилином и эозином, ув. 400. Стрелки — периваскулярная смешанно-клеточная воспалительная инфильтрация: в очаге вокруг сосудов (звездочки) преобладают эозинофилы.

Рис. 2. Микропрепарат тканей послеоперационного рубца на 180-е сутки после герниопластики.

Зрелая соединительная ткань без признаков активного воспаления. Окраска гематоксилином и эозином, ув. 400. Полнокровные сосуды (звездочки) с явлениями периваскулярной лимфоидной воспалительной инфильтрации (стрелки).

При динамической оценке соотношения нейтрофилов и фибробластов в поле зрения установлено, что максимальное значение изучаемого соотношения в сторону нейтрофилов наблюдалось на 14-е сутки после хирургического вмешательства (Me=6,2), а в дальнейшем оно заметно смещалось в сторону фибробластов к 30-м суткам (Me=0,20) и значительно превалировало в сторону последних к 180-м суткам наблюдения (Me=0,006; F=30; p<0,001; см. табл. 1).

Следовательно, со временем местная воспалительная реакция тканей в зоне операции снижалась, что проявлялось уменьшением количества лейкоцитов (в том числе нейтрофилов), а скорость построения соединительной ткани увеличивалась за счет прогрессирования фиброзирования.

Затем с помощью поляризационной микроскопии была проведена динамическая оценка соотношения коллагеновых волокон I и III типов на разных этапах послеоперационного периода (см. табл. 1). Установлено, что только к 30-м суткам после операции в тканях послеоперационного рубца начинали преобладать коллагеновые волокна I типа (Me=1,60). Максимальные же значения данного соотношения (Me=2,7) были выявлены на 180-е сутки после герниопластики (p_14—30=0,010; p_14—180<0,001; рис. 3, 4).

Рис. 3. Микропрепарат тканей послеоперационного рубца на 14-е сутки после герниопластики.

Созревание соединительной ткани: преобладание коллагеновых волокон III типа (зеленое окрашивание) над коллагеновыми волокнами I типа (красный, желтовато-оранжевый цвет). Окраска пикросириусом красным. Поляризационная микроскопия, ув. 400.

Рис. 4. Микропрепарат тканей послеоперационного рубца на 180-е сутки после герниопластики.

Этап формирования зрелой соединительной ткани: преобладание активно появляющихся зрелых коллагеновых волокон I типа (красный, желтовато-оранжевый цвет) над коллагеновыми волокнами III типа (зеленое окрашивание). Окраска пикросириусом красным. Поляризационная микроскопия, ув. 400.

При проведении микроскопической оценки ультраструктуры сосудов установлено достоверное увеличение диаметра их просвета по мере увеличения срока после операции: исследуемый показатель на 14-е сутки после герниопластики был минимальным (Me=11,1 мкм), увеличивался к 30-м суткам (Me=14,4 мкм) и становился максимальным на 180-е сутки (Me=30,6мкм; F=25,2; p<0,001; p_14—180<0,001; рис. 5, см. табл. 1).

Рис. 5. Микропрепарат тканей послеоперационного рубца на 180-е сутки после герниопластики: созревающая грануляционная ткань.

Окраска гематоксилином и эозином, ув. 100. Звездочки — резко полнокровные сосуды; стрелки — единичные лейкоциты среди обилия фибробластов.

Следует также отметить, что с увеличением сроков после герниопластики в микропрепаратах тканей определялось достоверное уменьшение среднего количества сосудов в поле зрения: их число (Me) на 14-е сутки составляло 41,6 ед., снижалось к 30-м суткам (Me=25,50 ед.) и становилось минимальным (Me=7,8 ед.) на 180-е сутки после хирургического вмешательства (F=30; p<0,001; p_14—180<0,001; см. табл. 1). Это, очевидно, свидетельствует о том, что со временем осуществляется переход с микроциркуляторного на магистральное кровоснабжение с хорошо развитой сетью коллатералей [23—25].

На заключительном этапе исследования была проведена оценка биомеханических свойств тканей операционного рубца на 14, 30 и 180-е сутки после герниопластики. Изучались поперечная и продольная разрывная прочность и растяжимость исследуемых тканей (табл. 2).

Таблица 2. Результаты исследования биомеханических свойств послеоперационного рубца после герниопластики

При изучении прочности послеоперационного рубца было установлено, что его поперечная прочность на 14-е сутки после операции (Me=19,8 Н) была значительно ниже, чем на 30-е (Me=32,8 Н), и, тем более, на 180-е сутки (Me=43,5 Н; p_14—180<0,001; см. табл. 2). Продольная разрывная прочность на 14-е сутки наблюдения также была заметно ниже, чем на 30-е и 180-е сутки (Me=21,9 Н против 33,4 и 43,4 Н соответственно; p_14—180<0,001).

При изучении эластичности тканей послеоперационного рубца было установлено, что на 14-е сутки после герниопластики поперечная и продольная растяжимость тканей (13 и 14% соответственно) была выше, чем на 30-е (12 и 13%), и тем более на 180-е сутки после операции (11%). Незначительное снижение эластичности исследуемых тканей в разные сроки наблюдения может объясняться характерным увеличением прочности послеоперационного рубца за счет преимущественного горизонтального расположения коллагеновых волокон в соединительной ткани, обеспечивающей ей необходимую опорную функцию и устойчивость к растяжению в разных направлениях [22].

Таким образом, проведя комплексную оценку морфологических и биомеханических характеристик послеоперационного рубца после герниопластики, можно сделать вывод, что по мере увеличения сроков послеоперационного периода увеличивается ангио- и артериогенез, а также нормализуется количество лейкоцитов в исследуемых тканях, что может указывать на хорошую биологическую совместимость донорских и реципиентных тканей. Преобладание коллагеновых волокон I типа и увеличение количества фибробластов в исследуемой области и усиливающаяся со временем прочность послеоперационного рубца в разных направлениях, приводят с течением времени к укреплению зоны пластики грыжевого дефекта за счет динамичного разрастания зрелой соединительной ткани.

В целом, по нашему мнению, результаты проведенного экспериментального исследования демонстрируют успешную интеграцию в область грыжевых ворот биоинженерного трансплантата, полученного из широкой фасции бедра человека.

Заключение

Герниопластика с применением биоинженерного трансплантата представляет собой актуальную методику укрепления грыжевых ворот, объединяющую в себе классические хирургические принципы и современные достижения биоинженерии. Ключевым преимуществом такого метода герниопластики является биосовместимость предложенного биотрансплантата с тканями реципиентной зоны, что минимизирует вероятность развития реакции отторжения и воспалительных процессов как в раннем, так и в отдаленном послеоперационном периоде, а биомеханическая прочность рубца может гарантировать снижение риска возникновения рецидивов грыж. Использование биоинженерного трансплантата при герниопластике демонстрирует хороший потенциал для оптимизации результатов хирургического вмешательства и сокращения периода реабилитации герниологических пациентов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Черных А.В., Мироненко В.А., Крылова М.П., Белов Е.В.

Сбор и обработка материала — Мироненко В.А., Бригадирова В.Ю.

Статистическая обработка — Мироненко В.А.

Написание текста — Черных А.В., Крылова М.П., Мироненко В.А.

Редактирование — Черных А.В., Крылова М.П.

Participation of authors:

Concept and design of the study — Chernyh A.V., Mironenko V.A., Krylova M.P., Belov E.V.

Data collection and processing — Mironenko V.A., Brigadirova V.Yu.

Statistical processing of the data — Mironenko V.A.

Text writing — Chernyh A.V., Krylova M.P., Mironenko V.A.

Editing — Chernyh A.V., Krylova M.P.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.