CC BY
33
Изучение нового биологического материала и создание из него моностворчатых трансплантатов и биологических протезов
Л.А.Бокерия, И.И.Каграманов, И.В.Кокшенев, М.Р.Чиаурели,
Ю.И.Бондарев, В.Т.Костава, Н.Б.Доброва, И.Н.Митина, Н.И.Сафонова, С.Б.Заец, P.A.Серов, Л.А.Роева, Ж.Е.Кондратенко, Н.П.Бакулева, А.А.Фадеев, И.А.Терещенкова, Д.И.Бритиков, О.И.Медведева
Научный Центр сердечно-сосудистой хирургии РАМН им. А.Н.Бакулева, Москва
Биологическая ткань, применяемая в производстве биопротезов, должна обладать механической прочностью и гидродинамическими характеристиками, не уступающими аналогичным данным для нативной аллогенной ткани, а также должна проявлять устойчивость к действию протеолитических ферментов и кальцификации [2, 3, 4].
В данной работе свойства глиссоновой капсулы, стабилизированной глутаровым альдегидом и подвергнутой обработке додецилсульфатом натрия, сравнивались с аналогичными показателями перикарда теленка, обработанного по той же схеме, поскольку последний успешно применяется в клинической практике в качестве материала для биопротезов клапанов сердца в течение 10 лет [1].
Из глиссоновой капсулы печени формировались биологический клапан на полужестком каркасе и комбинированная ксеноперикардиальная заплата с моностворкой из глиссоновой капсулы печени. Конструкция устройств аналогична широко применяемым в НЦССХ РАМН клапану “Бионике” и ксеноперикар-диальной моностворчатой заплате [1].
Целью настоящего исследования явилось определение возможности использования глиссоновой капсулы печени в качестве материала при изготовлении биопротезов клапанов сердца.
В работе использованы следующие методы:
1. Гистологические методы изучения материала с окраской гематоксилинэозином по Ван-Гизону, на эластику.
2. Инкубация срезов ткани в растворах коллаге-назы и эластазы для изучение протеолитической устойчивости.
3. Изучение in vitro кальциноза ткани.
4. Подкожная имплантация экспериментальным животным фрагментов глиссоновой капсулы печени для изучения устойчивости к кальцинозу, изучение биосовместимости материала.
5. Исследование упруго-прочност-ных свойств глиссоновой капсулы.
6. Стендовые испытания гидродинамических характеристик клапанов сердца, сформированных из глиссо-
новой капсулы печени в пульсирующем потоке.
7. Стендовые испытания на долговечность на пульс-дупликаторе.
8. Изучение отдаленных результатов имплантации комбинированной ксеноперикардиальной заплаты с моностворкой из глиссоновой капсулы печени.
Гистологическое исследование
Глиссонову капсулу вместе с тканью печени забирали у свежезабитого крупного рогатого скота в возрасте 3-4 лет. Обработку и консервирование проводили аналогично обработке ксенопери-карда.
Нативная глиссонова капсула печени состоит из брюшины и фиброзной оболочки. Эластические волокна встречаются во всей толще капсулы, в убывающем количестве от мезотелия брюшины. Количество коллагеновых волокон нарастает в направлении от поверхности к глубоким слоям. Поверхностные коллагеновые волокна более тонкие, они формируют слой сразу под мезотелием брюшины и эластической пластинкой. Этот слой сменяется слоем толстых, извитых коллагеновых волокон. Пучки глубокого коллагеново-эластического слоя образуют решетку, так как они перекрещиваются друг с другом. После консервирования капсула печени представляет собой девитализированную ткань с полностью сохранившимися эластико-колла-геновы ми
структурами. Толщина капсулы печени в среднем -0.123Ю.002 мм, ксеноперикарда теленка -
0.45±0.04 мм.
Проведена сравнительная оценка морфологического состояния глиссоновой капсулы печени круп-
Таблица 1
Протеолитическая устойчивость образцов тканей к воздействию коллагеназы по высвобождению оксипролина
Т кань, обработка Число образцов Оксипролин общий, мг/л-час
Перикард теленка, ГА+ДСН 10 0,31 ±0,02
Глиссонова капсула печени, ГА+ДСН 10 0,80±0,02
ГА — глутаровый альдегид, ДСН — додецилсульфат натрия
fficl
передовые технологии В КАРДИОХИРУРГИИ
ного рогатого скота и перикарда телят после испытаний на пульс-дупликаторе в течение 3 месяцев.
После испытаний изменения в структуре химически стабилизированной глиссоновой капсулы печени по сравнению с нативной незначительны. Они выражаются в уплотнении соединительнотканных структур, усилении их эозинофилии. Пучки коллагеновых волокон подчеркнуты, уплотнены. Количество интерстициальных клеток (фибробластов) уменьшено, ядра их уплотнены, пикнотичны. Уменьшена и фуксинофилия коллагена. Эластика без изменений. На микроскопи-
Кальцификация образцов тканей /л vivo
Т кань, обработка Число наблюдений Содержание кальция, ммоль/г Содержание фосфата, ммоль/г
Перикард теленка, ГА 26 0,721 ±0,086 0,426±0,036
Глисонова капсула, ГА 24 0,851 ±0,082 0,503±0,048
•разрывы и фрагментации коллагеновых волокон отсутствуют.
Таким образом, морфологические изменения глиссоновой капсулы печени крупного рогатого скота и перикарда телят после испытаний на пуль?:-дупликаторе однотипны, соответствуют друг другу, при этом разрывов и деформаций внутренних структур тканей не отмечается.
Определение протеолитической устойчивости
Сравнение протеолитической устойчивости образцов химически-стабилизированных перикарда теленка и капсулы печени показало, что последняя проявляет не меньшую устойчивость к разрушающему действию протеолитических ферментов (табл. 1).
Таблица 2
ГА - глутаровый альдегид
Определение устойчивости к нальцинозу
Изучение устойчивости к развитию кальциноза химически
Таблица 3
Упруго-прочностные характеристики
Ткань, вид обработки Модуль прочности, МПа Модуль упругости, МПа Запас деформативной способности
Перикард теленка ГА+ДСН, (п=30) ось: 14,85±1,52 рад,: 9,10±0,96 ось: 27,42±3,"52 рад,:13,02±1,56 ось: 1,50±0,01 рад,: 1,51 ±0,01
Глиссонова капсула печени ГА+ДСН, (п=30) 10,66±0,98 61,85±4,72' 1,35±0,02
ГА - глутаровый альдегид, СП - додецилсульфат натрия, ось - поперечное направление
нагрузки, рад. - продольное направление нагрузки
ческом уровне не определяется видимых разрывов коллагеновых волокон, их разволокнения. После таких же сравнительных испытаний в перикарде телят наблюдаются следующие изменения по сравнению с контрольными образцами:
•имеет место уплотнение всех структур, прежде всего коллагеновых волокон;
•возрастает эозинофинофилия, уменьшается пик-ринофилия;
•интерстициальные, эндотелиальные клетки подвергаются кариопикнозу, плазмопикнозу;
•эластические структуры остаются без изменений;
стабилизированных глутаровым альдегидом на буфере НЕРЕБ - №ОН образцов ткани перикарда теленка и капсулы печени на модели подкожной имплантации крысам в течение 60 суток с нагрузкой витамином Д показало, что степень кальцификации двух групп исследованных образцов имеет одинаковый порядок (табл. 2).
Исследование упруго-прочностных свойств
Испытания упруго-прочностных характеристик перикарда теленка и глиссоновой капсулы проведены на приборе Іпв^оп-1122 (НПО “Экран” ВНИИМТ М3 России) в соответствии с ГОСТами 11262-80 и 9550-81. Ксеноперикард теленка рассматривался
Таблица 4
Гидродинамические испытания на стенде пульсирующего потока
Ткань, обработка Д,мм У.мл МО,л/мин УО.мл dP,mm Hg ЭПО,см2
Перикард теленка ГА+ДСН, (л=3) 26 4,0±0,00 5,9±0,00 88±0,00 15,47±0,82 1,5±0,03
Глиссонова капсула ГА+ДСН, (п=3) 26 4,7±1,4 5,9±0,00 88±1,7 13,4±0,68 1,63±0,05
ГА - глутаровый альдегид, ДСН - додецилсульфат натрия, Д - диаметр клапана, V - объем обратной утечки, ЛЮ - минутный объем, УО - ударный объем,
ЫР - градиент давления на протезе, ЭПО - эффективная площадь открытия клапана.
ПАТОЛОГИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ И КАРДИОХИРУРГИЯ 1*98
как неоднородный и анизотропный, поэтому исследования проводились в двух направлениях - в продольном и поперечном, в зависимости от хода волокон. Глиссонова капсула печени при экспериментальном исследовании рассматривалась как однородный и изотропный материал, поэтому упруго-прочностные свойства в двух направлениях были одинаковы.
По данным проведенного исследования глиссонова капсула печени не уступает перикарду телят по прочности и запасу деформативной способности, превосходя его по упругости (табл. 3).
При приготовлении биоклапанов из ксеноперикар-да, материал которого является выражено анизотропным (различные упруго-прочностные характеристики в окружном и продольном направлении в соответствии с осями привязки к осям сумки ксеноперикарда), необходимо формировать створчатые элементы строго в соответствии с осями привязки. Это технологически сложно, так как ксеноперикард поступает в клинику в виде произвольных лоскутов биоматериала.
Изотропные свойства глиссоновой капсулы печени позволяют сформировать створчатые элементы биоклапана с симметричными упруго-прочностными свойствами относительно осей клапана.
Испытания гидродинамических характеристик клапанов
Испытания протезов клапанов сердца, сформированных из глиссоновой капсулы печени, и клапанов серии “Бионике” проводили на стенде с пульсирующим потоком в соответствии с требованиям ГОСТ 26997-96 по исследованию искусственных клапанов сердца.
Проведенные гидродинамические испытания биоклапанов из перикарда теленка и капсулы печени показали, что обратный перетек, минутный объем и градиент давления имеют сходные величины для обоих клапанов, в то время как эффективная площадь открытия больше в случае клапана из глиссоновой капсулы (табл. 4).
Стендовые испытания на долговечность на пульс-дупликаторе
4 ,
Исследование износоустойчивости клапанов, сформированных из перикарда теленка и глиссоновой кап-сулы в течение 90 суток на пульс-дупликаторе (180 млн сокращений, более 5 лет работы в организме), продемонстрировало достаточную надежность протезов из капсулы печени.
Клиническая апробация
В отделении ВИС НЦССХ им. А.Н.Бакулева РАМН при проведении радикальной коррекции тетрады Фалло 21 пациенту имплантирована комбинированная ксеноперикардиальная заплата с моностворкой из глиссоновой капсулы печени. Все пациенты успешно перенесли операцию. Летальных исходов не было.
В отдаленные сроки после операции (1-2 года) обследовано 9 пациентов. Отдаленный результат хороший. Все пациенты соответствуют 1-2-му классам по МУНА. Во всех случаях моностворка тонкая, подвижная, без разрывов, деформаций и вкраплений кальция. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что глиссонова капсула, обработанная по традиционной схеме, применяемой в отделе медицинской биотехнологии, по своим гистологическим, упруго-прочностным свойствам, устойчивости к кальцинозу и к воздействию ферментов не уступает перикарду теленка, являющемуся в настоящее время основной биотканью для изготовления ксенопротезов в НЦССХ им.
А.Н.Бакулева РАМН.
Следовательно, возможно рекомендовать для клинического использования новый биологический материал (глиссонову капсулу печени) и сформированные из данного материала по стандартной методике, принятой в НЦССХ им.
А.Н.Бакулева РАМП, биологический клапан и комбинированную ксеноперикардиальную заплату с моностворкой из глиссоновой капсулы печени как отвечающие всем необходимым требованиям.
Литература
1. Бухарин В.А., Каграманов И.И., Бондарев Ю.И., и др. //Грудная и серд.- сосуд, хирургия. 1996. №1. С. 10-13.
2. Caplan S., Helmsworth L.A., McKinican C.E. etal. // J. Thorag.Cardlovasg.Surg. 1973. Vol.66. N3.
P.361-374.
3. lonescu M.I., Macartney F.J., Wooler G.H. // J. Thorac.Cardiovasg.Surg. 1972. Vol.63. P.60-67.
4. Revuelta J.M., Fernando V., Duran C.M.G. et al. //Annals of Thorac.Surg. 1984. Vol.37. N2.
P. 150-153.
ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЯ В КАРДИОХИРУРГИИ
