CC BY
27
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 149-153
УДК: 611.013; 591.4;591.3+616-089; 617.5+616.23/.25
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОГРАНИЧЕННОЙ ХРОНИЧЕСКОЙ ЭМПИЕМЫ ПЛЕВРЫ И ОСОБЕННОСТИ РЕПАРАТИВНОГО ГИСТОГЕНЕЗА ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОЛОСТИ ПУТЕМ ИМПЛАНТАЦИИ
КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА
Х.Б.М. МУХАММЕДОВ, Н.Н. ШЕВЛЮК, А. А. ТРЕТЬЯКОВ, А.А. СТАДНИКОВ, С.Б. ФАДЕЕВ
ГБОУ ВПО "Оренбургский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Оренбург. ул. Советская, 6, г. Оренбург, 460000, Россия, e-mail: [email protected]
Аннотация. Изучены особенности репаративного гистогенеза в процессе ликвидации ригидной остаточной полости при хронической эмпиеме плевры. На 30 крысах проведен эксперимент по моделированию ограниченной хронической эмпиемы плевры (сформированной имплантацией в правую половину грудной полости силиконового шарика диаметром 6-9мм) и определена возможность использования композитного материала «ЛитАр» для ликвидации ригидной остаточной полости при хронической эмпиеме плевры. Полость на стадии 20 суток опыта, инфицировалась путем введения 0,5 мл взвеси суточной культуры Klebsiella pneumonia 105 КОЕ (штамм ГИСК № 278). Инфицированную полость на стадии 38 суток опыта заполняли только композитным материалом. Участок подвергнутый пломбировке композитным материалом иссекали для последующего морфологического изучения. На создание модели ограниченной хронической эмпиемы плевры потребовалось 38 суток. Биодеградируемый композит «ЛитАр» стимулировал васкулогенез, пролиферацию и цитодиффе-ренцировку клеточных элементов фибробластического дифферона, синтез компонентов межклеточного вещества, что приводило к формированию рыхлой неоформленной соединительной ткани к 14 суткам эксперимента на месте полости. Получены данные свидетельствующие о том, что биодегради-руемый композит «ЛитАр» активирует и оптимизирует пролиферацию и цитодифференцировку клеток фибробластического дифферона, в результате которой в композитном материале наблюдается большое количество дифференцированных фибробластов. В результате которой на месте ликвидированной полости образуется рыхлая неоформленная соединительная ткань.
Ключевые слова: Остаточная полость плевры, эмпиема, морфогенез, регенерация, соединительная ткань, композитный материал.
MORPHO-FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF EXPERIMENTAL MODEL OF LIMITED CHRONIC EMPYEMA AND THE FEATURES OF REPARATIVE HISTOGENESIS AT CAVITY LIQUIDATION BY
IMPLANTING COMPOSITE
Kh.B. MUKHAMMEDOV, N.N. SHEVLUK, A.A. TRETYAKOV, A.A. STADNIKOV, S.B. FADEEV
Orenburg State Medical University, Sovetskaya str., 6, Orenburg, 460000, Russia, e-mail: [email protected]
Abstract. The authors studied the characteristics of reparative histogenesis in liquidation rigid residual cavity in chronic pleural empyema. The experiment was performed on 30 rats. The point of the experiment was in modeling limited chronic pleural empyema (formed by implantation in the right half of the chest cavity silicone bead 6-9mm in diameter) and the definition of "LitAr" the possibility of using the composite material to eliminate rigid residual cavity in chronic pleural empyema. The cavity in stage 20 days of experience was infected by the introduction of 0,5 ml of overnight culture suspension of 105 CFU of Klebsiella pneumonia (strain GISCO № 278). Infected cavity in 38 day of experience was filled only a composite material. The area, subjected to sealing composite material, was dissected for subsequent morphological study. To create a model of limited chronic empyema, it required 38 days. Biodegradable composite "LitAr" stimulated a vas-culogenesis, proliferation and cell elements of fibroblastic cytodifferentiation differon, synthesis of components of the intercellular substance, which led to the formation of a loose irregular connective tissue to the 14 days of the experiment at the site of the cavity. The findings suggest that a biodegradable composite "LitAr"
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 149-153
activates and optimizes the proliferation of fibroblast cells and cytodifferentiation differon, resulting in the composite material is observed a large number of differentiated fibroblast. The loose irregular connective tissue is formed at the site of the liquidated cavity.
Key words: residual cavity of the pleura, empyema, morphogenesis, regeneration, connective tissue, composite material.
В последнее время значительной медицинской проблемой стала эмпиема плевры из-за значительной заболеваемости, длительной госпитализации, и повышенного риска смертности. Эмпиема плевры у большинства пациентов возникает из-за воспалительных процессов в легких на фоне острой пневмонии, абсцесса легкого, при гангрене легкого, и как следствие ранений и травм органов грудной клетки [10,11]. Если лечения эмпиема плевры не эффективно, то она приобретает хроническое течение [7], вследствие чего создается ригидная остаточная полость, в которой протекают гнойные процессы. Хирургически возможно устранить очаг инфекционного процесса и ликвидировать ригидную остаточную полость [9,12]. Но декортикацию легкого и плеврэктомию в чистом виде возможно выполнить далеко не всем пациентам. Часто эту операцию комбинируют с дополнительными вмешательствами; резекцией пораженных отделов легкого, реампутацией культи бронха, корригирующей торакопластикой [3,4]. Отмечается потеря способности к расправлению даже после декортикации, если произошли необратимые изменения в коллабированных отделах легкого. В этом случае ликвидировать ригидную остаточную полость можно лишь технически сложной торакопластикой [1]. Учитывая все это, заслуживают внимания попытки ликвидации стойкой остаточной плевральной полости с помощью пломбирования различными материалами [2,8]. Одним из материалов, который может быть использована для ликвидации остаточной полости хронической эмпиемы плевры, является гидроксоапатитколлагеновый биодегради-руемый композит «ЛитАр», ранее использованный для ликвидации остаточных полостей печени [5,6].
Цель исследования - изучить особенности репаративного гистогенеза в процессе ликвидации ригидной остаточной полости при хронической эмпиеме плевры с использованием пломбировочного материала «ЛитАр».
Материалы и методы исследования.
Эксперимент выполнен на 30 лабораторных белых крысах - самцы линии Вистар массой 180250 г. Было проведено 2 серии опытов. На животных первой серии (15) была отработана методика моделирования ограниченной хронической эмпиемы плевры, на формирование которой потребовалось 38 суток. Вначале создали модель асептической ограниченной полости в правой половине грудной клетки путем имплантации в нее латексного шарика. Из медицинского силикона вырезались шарики диаметром 8-9 мм. Силиконовые шарики хранились в растворе 0,5% хлоргексидинового спирта. Перед операцией шарик вынимали из спирта, отмывали стерильным физиологическим раствором и имплантировали в правую половину плевральной полости экспериментального животного. В сформированную по вышеописанной методике полость, на стадии 20 суток эксперимента, пункционно вводилось 0,5 мл взвеси суточной культуры Klebsiella pneumonia 105 КОЕ (штамм ГИСК № 278 из музейной коллекции Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН). Местное лечение эмпиемы этим животным проводилось традиционным способом - пункциями инфицированной полости, промыванием её 1% раствором диок-сидина и введением внутримышечно антибиотика цефазолина в дозе 20 мг/кг 2 раза в сутки.
Во второй серии (15 животных) полость, сформированная по вышеописанной методике, диаметром около 8-9 мм на стадии 38-х суток эксперимента заполнялась композитом «ЛитАр» [2,5,6] размером 0,25 см, другого лечения не проводилось. Все операции проводили под эфирным масочным наркозом при соблюдении правил асептики и антисептики. Животных выводили из опыта путем передозировки эфира: в 1-й серии на 3, 7, 14 сутки с момента инфицирования остаточной полости; во 2 серии - на 3, 7, 14 и 30 сутки с момента имплантации «Ли-тАр». Содержание и выведение животных из эксперимента соответствовало требованиям содержащихся в «Правилах проведения работ с
10ШХАЕ ОЕ ХЕШ МЕБТСАЕ ТЕСИХОЕОСТЕБ - 2016 - V. 23, № 3 - Р. 149-153
использованием экспериментальных животных», утвержденным Приказом МЗ СССР № 755 от 12.08.77 г., а также положениям «Европейской конвенции по защите позвоночных, используемых для экспериментальных и иных научных целей». Проведение исследований разрешено локальным этическим комитетом ГБОУ ВПО ОрГМА МЗ России от 01.10.2014 г. Полученный материал исследовали с использованием обзорных гистологических методов (гематоксилин Майера и эозин, по Ван Гизону).
Результаты и их обсуждение. При гистологическом исследовании процесса формирования ограниченной хронической эмпиемы плевры обнаружено, что в ходе формирования ограниченной остаточной полости плевры в образованной соединительнотканной фиброзной капсуле на 3-и сутки наблюдается обширная инфильтрация лейкоцитами, представленными нейтрофилами, лимфоцитами, макрофагами, эозинофилами, также отмечаются микрокровоизлияния и пленки за счет фибринозной экссудации и некробиоза неполноценных грануляций (рис. 1).
Рис. 1. Фрагмент стенки ригидной остаточной полости плевры крысы через 3 суток после ее инфицирования. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение окуляр*10, объектив *40
Рис. 2. Фрагмент стенки ригидной остаточной полости плевры крысы через 7 суток после ее инфицирования. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение окуляр х10, объектив *40
К 7 суткам эксперимента, на фоне выраженной лейкоцитарной инфильтрации, ближе к поверхности обращенной в полость эмпиемы, наблюдается активная пролиферация фиброб-ластов, их дифференцировка, и синтез ими компонентов межклеточного вещества, прежде всего коллагеновых волокон, что приводит к увеличению толщины капсулы, ограничивающей полость. При этом отмечено постепенное уменьшение лейкоцитарной инфильтрации в более глубоких слоях капсулы (рис. 2).
Рис. 3. Фрагмент стенки ригидной остаточной полости плевры крысы через 14 суток после ее инфицирования. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение окуляр*10, объектив х40
К 14 суткам эксперимента после инфицирования и окончания курса приема антибиотиков и местных промываний 1% р-ром диокси-дина отмечается стихание воспаления, однако в соединительной ткани капсулы сохраняются выраженные диффузные клеточные инфильтраты из лимфоцитов, плазматических клеток, эозинофилов. Это сопровождается усилением пролиферативных процессов клеток фибробла-стического дифферона, что приводит к завершению формирования в капсуле плотной неоформленной соединительной ткани. В этой стадии толщина стенок полости увеличивается в 2-3 раза (по сравнению с таковой в начале эксперимента по инфицированию). Стенки полости ригидные, плотные, на внутренней поверхности выявляется налет фибрина и гноя (рис. 3).
В стенке хронической эмпиемы выявляются два слоя: пиогенный и рубцовый. Пиогенный слой состоит из грануляционной ткани и интимно с ней связанной фибринозно-гнойной пленки. Фибринозные пленки на поверхности пиогенного слоя тонки и немногочисленны. Второй слой образован из рубцовой ткани. Он составляет основную массу стенки полости. Коллагеновые волокна в нем расположены в разных направлениях: либо повторяют ход ка-
10ШХАЕ ОЕ ХЕШ МЕБТСАЕ ТЕСИХОЕОСТЕБ - 2016 - V. 23, № 3 - Р. 149-153
пилляров, либо они беспорядочно ориентированы или могут идти параллельно поверхности плевры. Волокна в соединительной ткани лежат компактно, в промежутках располагаются немногочисленные капилляры и лимфоклеточ-ные инфильтраты.
Во 2-й серии экспериментов, в которой использовали композитный материал «ЛитАр» для закрытия модели ограниченной хронической эмпиемы плевры, через 3 суток визуально при клиническом осмотре композит разбухает и заполняет все пространство остаточной полости.
Анализ гистологических препаратов показал, со стороны капсулы, ограничивающей полость, вначале в периферических, а затем и в центральных участках пространства заполненного композитным материалом отмечается активная миграция клеточных элементов крови и соединительной ткани, преимущественно ма-лодифференцированные фибробласты, грану-лоциты, лимфоциты (рис. 4).
Рис. 4. Фрагмент полости хронической эмпиемы плевры крысы, заполненной композитным материалом «ЛитАр». Стадия 3 суток эксперимента. Центральный участок. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение окуляр*10, объектив *40
Рис. 5. Фрагмент полости хронической эмпиемы плевры крысы, заполненной композитным материалом «ЛитАр». Стадия 7 суток эксперимента. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение оку-ляр*10, объектив *40
К 7 суткам эксперимента в центральных и периферических участках пространства, заполненного композитным материалом отмечается выраженная пролиферация и цитодифферен-
цировка клеток фибробластического дифферо-на, в результате которой в композитном материале наблюдается большое количество дифференцированных фибробластов. В результате синтетической деятельности фибробластов в межклеточном пространстве в большом количестве располагаются коллагеновые волокна и основное аморфное вещество (рис. 5).
Рис. 6. Фрагмент полости хронической эмпиемы плевры крысы, заполненной композитным материалом «ЛитАр». Стадия 14 суток эксперимента. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение оку-ляр*10, объектив *40
Рис. 7. Фрагмент полости хронической эмпиемы плевры крысы, заполненной композитным материалом «ЛитАр». Стадия 28 суток эксперимента. Окраска: гематоксилин Майера и эозин; увеличение оку-ляр*10, объектив *40
Во вновь образованной соединительной ткани видно большое количество новообразованных сосудов. Процесс активного фибрилло-генеза и ангиогенеза наиболее выражены на стадиях от 7 до 14 суток. В результате активного синтеза компонентов межклеточного вещества, к 14 суткам эксперимента на месте полости формируется рыхлая неоформленная соединительная ткань. Во вновь сформированной рыхлой соединительной ткани наблюдается значительная лейкоцитарная инфильтрация (рис. 6). Среди лейкоцитов преобладающими клеточными элементами являются лимфоциты.
К 30-м суткам на месте полости в который был помещен «ЛитАр» выявлялась рыхлая неоформленная соединительная ткань. Фрагмен-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 149-153
ты композитного материала в ней отсутствовали. В соединительной ткани отмечалась умеренная лейкоцитарная инфильтрация (рис. 7).
Заключение. Получены данные свидетельствующие о том, что биодеградируемый композит «ЛитАр» активирует и оптимизирует пролиферацию и цитодифференцировку клеток
Литература
1. Фергюсон М.К. Атлас торакальной хирургии. Перевод под редакцией академика Перельмана М.И. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 304 с.
2. Волова Л.Т. Биологическая система оценки качества биоимплантатов с помощью клеточных технологий // Успехи современного естествознания. 2008. № 5. С. 25-28.
3. Пульмонология: национальное руководство / под ред. А.Г. Чучалина. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. 960 с.
4. Матвеев В.Ю., Хасанов Р.М., Галков Е.М., Фахрутди-нов Р.Н., Ибрагимов А.И. Комбинированное хирургическое лечение эмпиемы плевры с применением видеоторакоскопии // Практическая медицина. 2012. Т. 2, № 8. С. 111-116.
5. Третьяков А.А., Стадников А.А., Хижняк И.И. Результаты применения композита «ЛитАр» для ликвидации остаточных полостей печени в эксперименте // Анналы хирургической гепатологии. 2013. Т.18 №4, С. 61-65.
6. Третьяков А.А., Хижняк И.И., Неверов А.Н. Применение «ЛитАр» для закрытия остаточных полостей печени в эксперименте // Морфология. 2014. Т. 145, №3. С. 196-197.
7. Цеймах Е.А., Левин А.В., Зимонин П.Е., Самуйлен-ков А.М. Эмпиемы плевры. Частота возникновения, пункционная терапия, закрытое дренирование плевральной полости. Часть I. // Туберкулез и болезни легких. 2009. № 8. С. 3-9.
8. Василец В.Н., Казбанов И.В., Ефимов А.Е., Севастьянов В.И. Разработка новых методов формирова- ния имплантационных материалов с использованием технологий электроспиннинга и биопринтирования // Вестник трансплантол. и искусственных органов. 2009. Т. XI, № 2. С. 47-53.
9. Coote N., Kay E.S. Surgical versus non-surgical management of pleural empyema // Cochrane Database Syst. Rev. 2009. Vol. 7, №4. CD001956
10. Simmers T.A., Jie C., Sie B. Paraneumonic effusions // Thorac. Cardiovasc. Surg. 2009. Vol. 47, № 2. Р. 77-81.
11. Rahman N.M., Davies R.J. Effusion from infections: parapneumonic effusion and empyema, second ed., in: R.W. Light, Y.C. Gary Lee (Eds.), Textbook of Pleural Diseases, Hodder Arnold, 2008. P. 341-366.
12. Yamaguchi M., Takeo S., Suemitsu R., Matsuzawa H. Video-assisted thoracic surgery for fibropurulent thoracic em-pyema: a bridge to open thoracic surgery // Ann. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2009. Vol. 15, №6. P. 368-372.
фибробластического дифферона, в результате которой в композитном материале выявляется большое количество дифференцированных фибробластов. В результате синтетической деятельности дифференцированных фибробластов на месте ликвидированной полости образуется рыхлая неоформленная соединительная ткань.
References
Fergyuson MK. Atlas torakal'noy khirurgii [Atlas of Thoracic Surgery.]. Perevod pod redaktsiey akademika Pe-rel'mana M.I. Moscow: GEOTAR-Media; 2009. Russian. Volova LT. Bio implants biological system of quality assessment using cellular technology. Uspekhi sovre-mennogo estestvoznaniya. 2008;5:25-8. Russian.
Pul'monologiya [pulmonology]: natsional'noe ruko-vodstvo. pod red. A.G. Chuchalina. Moscow: GEOTAR-Media; 2009. Russian.
Matveev VYu, Khasanov RM, Galkov EM, Fakhrutdi-nov RN, Ibragimov AI. Combined surgical treatment of pleural empyema using VATS. Prakticheskaya meditsi-na. 2012;2(8):111-6. Russian.
Tret'yakov AA, Stadnikov AA, Khizhnyak II. Rezul'taty primeneniya kompozita «LitAr» dlya likvidatsii osta-tochnykh polostey pecheni v eksperimente. Annaly khirurgicheskoy gepatologii. 2013;18(4):61-5. Russian.
Tret'yakov AA, Khizhnyak II, Neverov AN. Primenenie «LitAr» dlya zakrytiya ostatochnykh polostey pecheni v eksperimente. Morfologiya. 2014;145(3):196-7. Russian.
Tseymakh EA, Levin AV, Zimonin PE, Samuylenkov AM. Empiemy plevry. Chastota vozniknoveniya, punktsionnaya terapiya, zakrytoe drenirovanie ple-vral'noy polosti. Chast' I.. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2009;8:3-9. Russian.
Vasilets VN, Kazbanov IV, Efimov AE, Sevast'yanov VI. Development of new methods of formation of implant materials using electrospinning technology and bio-printirovaniya. Vestnik transplantol. i iskusstvennykh organov. 2009;XI(2):47-53. Russian.
Coote N, Kay ES. Surgical versus non-surgical management of pleural empyema. Cochrane Database Syst. Rev. 2009;7(4):CD001956.
Simmers TA, Jie C, Sie B. Paraneumonic effusions. Tho-rac. Cardiovasc. Surg. 2009;47(2):77-81. Rahman NM, Davies RJ. Effusion from infections: pa-rapneumonic effusion and empyema, second ed., in: R.W. Light, Y.C. Gary Lee (Eds.), Textbook of Pleural Diseases, Hodder Arnold; 2008.
Yamaguchi M, Takeo S, Suemitsu R, Matsuzawa H. Video-assisted thoracic surgery for fibropurulent thoracic empyema: a bridge to open thoracic surgery. Ann. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2009;15(6):368-72.
