CC BY
40
Мулдашев Э.Р., Нигматуллин Р.Т., Кульбаев Н.Д.,
Аслямов Н.Н., Мухаметов А.Р., Щербаков Д.А.
ФГУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» г. Уфа E-mail: [email protected]
РЕКОНСТРУКТИВНАЯ ХИРУРГИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ
Выполнены экспериментально-морфологические исследования соединительнотканных трансплантатов при восстановительных операциях на скелетных мышцах. Показана возможность восстановления функции поврежденной скелетной мышцы (отрыв сухожилия) сухожильным аллотрансплантатом, проведенным в толще мышечного брюшка, в комбинации с диспергированной формой биоматериала.
Ключевые слова: скелетные мышцы, хирургия, трансплантат.
Травматические повреждения, сосудистые и нейрогенные заболевания опорно-двигательного аппарата, врожденные и приобретенные дефекты мягкого остова различных анатомических областей часто требуют выполнения восстановительных и реконструктивных операций на мышцах, сухожилиях и связках. Несмотря на разработку трансплантационных методов, остается высоким процент неудовлетворительных результатов [1] . Одним из методов стимуляции репаративных процессов сухожилий и связок является ауто- и аллотрансплантация мезенхимальных стволовых клеток в область дефекта [4; 5; 6]. Однако современные методы забора и культивирования стволовых клеток являются высокозатратными и не всегда доступны для использования в клинической практике.
Во Всероссийском центре глазной и пластической хирургии разработаны методы реконструктивных операций на скелетных мышцах и структурах мягкого остова с использованием аллотрансплантатов (Мулдашев Э.Р., 19992006). В настоящей работе приводятся результаты экспериментальных исследований по данной тематике за последние годы. В первой опытной серии лабораторным животным производилась аллотрансплантация сухожильного биоматериала в форме нити в толщу камбаловидной мышцы. При этом сухожильная нить с помощью иглы проводилась через мышечное брюшко камбаловидной мышцы и фиксировалась узловыми швами в месте вкола иглы (к брюшку мышцы) и к пяточному сухожилию крысы (Рис. 1а, цветная вкладка). Во второй серии опытов после трансплантации структурированного сухожильного биоматериала ложе трансплантата обкалывалось диспергирован-
ным биоматериалом «Стимулятор регенерации» (рис. 1б, цветная вкладка).
Для проведения данных экспериментов ал-логенные биоматериалы готовились в тканевом банке ФГУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (г. Уфа) в соответствии с требованиями ТУ 42-2-537-2006 и ТУ 9431-001-27701282-2006 на основе сухожилий крысы Вистар.
Биоматериал «Стимулятор регенерации» в количестве 50 мг разводился в 5-10 мл физиологического раствора и вводился перифокаль-но в область дефекта в две точки по 0,02-0,04 мл. Диспергированный биоматериал - продукт тонкого измельчения различных соединительнотканных образований после предварительной физико-химической обработки и лиофили-зации. Дисперсность измельченных частиц биоматериала составляет 45-120 мкм. Исследования показали сохранение тинкториальных свойств типичных для зрелых коллагеновых волокон, так же сохранение нативной структуры коллагеновых волокон и фибрилл.
Биоматериал для фиксирующей пластики в форме нити (тонкий ИБР- 2-8, ЕР - 5-10, диаметр 0,5-1,0 мм) использовался в первой и второй опытных сериях в качестве структурированного сухожильного трансплантата.
Выбор данных биоматериалов связан с тем, что существенную роль в поддержании механических и биологических свойств соединительнотканных структур играет содержащийся в них комплекс гликозаминогликанов. Благодаря своим свойствам они стимулируют репара-тивную регенерацию соединительной ткани, регулируют процесс роста и дифференциров-
ки клеток, а также фибриллогенез волокнистых структур [3].
Так, суммарное количество протеогликанов и гликозаминогликанов в диспергированном биоматериале «Стимулятор регенерации» составляет 3,46%. В составе протеогликанов преобладают гепарансульфат и хондроитинсуль-фат (0,59% и 0,44% соответственно). Электрофоретический анализ водных экстрактов диспергированного биоматериала показал, что в период от 24 до 72 часов более 70% общего количества экстрагируемых гликозаминогликанов составляет гепарансульфат. Установлено, что оптимальной для инъекции концентрацией диспергированного биоматериала, при которой образуется стабильная суспензия с хорошими реологическими свойствами, является 40 мг /мл [2].
Трансплантация сухожильного
биоматериала в мышечное ложе
На седьмые сутки структура трансплантата сохранена на всем его протяжении. Обнаруживается реакция тканевого ложа на аллотрансплантат. В краевых зонах выявляется полиморфноклеточная инфильтрация, что свидетельствует о высоком уровне обменных процессов в области трансплантации и выраженной регенерационной способности тканевого ложа биоматериала. Основную часть инфильтрата составляют недифференцированные соединительнотканные клетки, макрофаги, реже встречаются нейтрофилы. Данная полиморфноклеточная инвазия происходит вдоль пучков волокон трансплантата и распространяется от периферии к центру. При этом в тканевом ложе аллотрансплантата выделяются три зоны: реактивная, краевая и контактная. Между тканевым ложем и аллотрансплантатом происходит плотная адгезия.
В краевой зоне плотность клеточного инфильтрата незначительная, в его составе также доминируют недифференцированные соединительнотканные клетки. Продолжением краевой зоны является контактная зона. Данная зона представлена линией адгезии и не содержит детрита.
Из контактной зоны клетки внедряются в трансплантат между пучками волокон. Недифференцированные соединительнотканные клетки мигрируют по внеклеточному матриксу эндо-и перимизия в направление трансплантата.
На 45-е сутки трансплантат частично замещен тканями реципиента. В указанные сроки происходит фиксация мышечных волокон тканевого ложа на трансплантате (Рис. 2, цветная вкладка). При этом регенерат представлен плотной оформленной волокнистой соединительной тканью. В структуре преобладают пучки коллагеновых волокон I и II порядков. Между пучками коллагеновых волокон располагаются тено-циты - результат дифференцировки мигрировавших в область трансплантации мезенхимальных клеток.
В области формирования регенерата происходит постепенное снижение количества недифференцированных соединительнотканных клеток до 6,5±0,3 на 60-е сутки и до 3,2±0,25 на 90-е сутки.
Сухожильный аллотрансплантат после пересадки в скелетную мышцу подвергается структурной перестройке в соответствии с общими закономерностями заместительной регенерации. Однако при этом наблюдаются процессы трансформации и в тканевом ложе. Так, со стороны эндо- и перимизия происходит пролиферация недифференцированных соединительнотканных клеток, которые активно мигрируют в направлении трансплантата. Одновременно происходит синтез всех компонентов внеклеточного матрикса волокнистой соединительной ткани. В результате новообразованные пучки коллагеновых волокон фиксируются к сухожильному аллотрансплантату. Таким образом, моделируются все структурные элементы мышцы как органа.
Аллотрансплантация структурированного биоматериала в мышечное ложе с последующим локальным введением диспергированного биоматериала
Более активно и в относительно ранние сроки описанные процессы заместительной регенерации происходят во второй серии опытов при дополнительной трансплантации ДБА. Так, в ранние сроки (седьмые сутки), основная часть камбиальных клеток тканевого ложа биоматериала активно мигрирует в зону введения ДБА и дифференцируется в клетки фиброблас-тического дифферона, образуя структуры эндо-и перимизия. Также наблюдается полиморфноклеточная инфильтрация структурированного биоматериала. В эти же сроки обнаруживается
набухание и гомогенизация коллагеновых волокон трансплантата, свидетельствующие о начинающейся деградации введенных частиц биоматериала.
В дальнейшем деградация коллагеновых волокон трансплантата и фагоцитоз лизиро-ванных фрагментов макрофагами приобретают более интенсивный характер. Наибольшая концентрация макрофагов наблюдается в зоне контакта частиц диспергированного биоматериала с окружающими тканями. Примечательно, что макрофаги, фагоцитировавшие продукты распада коллагеновых волокон трансплантата, обнаруживаются также в окружающих тканях, что свидетельствует об их миграции. Постепенно по межпучковым пространствам и между отдельными волокнами в направлении центра мигрируют макрофаги, фибробла-сты. Позднее соединительнотканные клетки синтезируют волокнистые компоненты внеклеточного матрикса, которые образуют единый комплекс со структурированным трансплантатом.
На 90-е сутки приходиться финал репара-тивных процессов. Вокруг трансплантата формируется структура подобная перистой мышце с эндо- и перимизием (Рис. 3, цветная вкладка). Заместительная регенерация в области аллотрансплантации завершается формированием органотипического регенерата сухожилия.
Таким образом, в финале регенеративных процессов в обеих сериях экспериментов формируются органотипические структуры мышцы вокруг аллотрансплантатов. При этом сухожильный трансплантат становится дополнительной опорой для мышечных пучков. Комбинированное применение структурированного трансплантата сухожилия в комбинации с инъекционной формой является наиболее оптимальным сочетанием при ремоделировании скелетных мышц.
Представленные результаты позволяют рассматривать имплантацию аллогенного сухожилия в мышечное ложе как способ восстановления функции поврежденной скелетной мышцы (Патент РФ №2302215 от 10.07.2007). Другими словами, аллосухожильный трансплантат - это не просто механически проведенная нить через мышечное брюшко, а дополнительно сформированная головка мышечного брюшка со всеми элементами ее мягкого остова. К смоделированной таким образом опорной структуре можно надежно фиксировать любые анатомические образования.
Следует выделить следующие факторы необходимые для формирования дополнительной опоры для мышечных волокон на трансплантате (рис. 4 - схема, цветная вкладка):
- непосредственный контакт трансплантата с мышечной тканью;
- напряженное и деформированное состояние трансплантата;
- соответствие вектора напряжения трансплантата и вектора силы при сокращении данной мышцы или группы мышечных пучков.
Результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований и представленные в настоящей работе, реализованы в клинической практике в различных областях медицины. Так, в травматологии разработаны методы восстановления сухожилий перистых мышц при полных отрывах сухожилия от мышечного брюшка. В офтальмологии описанный методический подход используется при имплантации опорно-двигательной культи при анофтальме, а также при выполнении восстановительных операций на веках. В общехирургической практике метод нашел широкое применение при герниоплатстике. Аллосухожильные нити, проведенные в толще мышц передней брюшной стенки, позволяют значительно повысить клинический и косметический эффект пластических операций.
Список использованной литературы:
1. Казарезов, М. В. Травматология, ортопедия и восстановительная хирургия / М. В. Казарезов, И. В. Бауэр, Л. М. Королева. - Новосибирск, НГМА. 2004.- 288с.
2. Хасанов, Р.А. Инъекционная форма аллотрансплантатов серии «Аллоплант». Получение, анализ и биологическая активность: автореф. ... дис. канд. фарм. наук. - Пермь, 1999. - 24 с.
3. Шехтер, А.Б. Воспаление, адаптивная регенерация и дисрегенерация (анализ межклеточных взаимодействий) / А.Б. Шехтер, В.В. Серов // Архив патологии. - 1991. - С. 7-14.
4. The cell biology of suturing tendons / J.K.F. Wong, S. Alyouha, K.E. Kadler, M.WJ. Ferguson // Matrix Biology. - Vol. 29, Is. 6, July 2010. - Pages 525-536.
5. The effect of incorporation of exogenous stromal cell-derived factor-1 alpha within a knitted silk-collagen sponge scaffold on tendon regeneration / W. Shen, X. Chen, J. Chen, Z. Yin et al. // Biomaterials. - Vol. 31, Is. 28, 2010. - P. 7239-7249.
6. The effects of bone marrow stromal cell transplants on tendon healing in vitro / C. Zhao, H.-F. Chieh, K. Bakri, J. Ikeda et al. // Medical Engineering & Physics. -Vol. 31, Is. 10, 2009. - P. 1271-1275.
