Physico-mechanical features of barrier bicomponent membranes in abdominal surgery.

Abstract


Relevance. Adhesive disease is one of the threatening complications with a pronounced symptom complex of the dysfunctions of the organs of the gastrointestinal tract. The frequency of this pathology in the early postoperative period with operations on the abdominal organs reaches 11% among 19-25% of all complications. To date, the search and development of methods and means to strengthen the suture line, as well as improving of the hermeticity of inter-intestinal anastomoses remain relevant. In this regard, the prospects for the use of polymers and the development of such scientific areas as implantology in medical practice are unlimited.

Purpose. The aim of the study was to study the physical and mechanical features of polymer samples in a comparative aspect under the conditions of in vitro experiment.

The materials. Bi-component absorbable film implants based on cellulose polymers.

The methods. Microphotography of polymer film implants was carried out using a laboratory microscope Levenhuk D320L at magnification ×80. The thickness of the experimental samples was measured using an electronic micrometer iGaging 0-1" / 0.00005. Membranes with a size of 10×10 mm weighed using a laboratory balance. The volume and density of samples 10 × 10 mm were calculated. Determination of elasticity was carried out by fixing the angle at the moment of the integrity of the sample of the polymeric film implant in the native state.

The results. It was found that an important feature of these implants is their bilateral structure, which provides a more dense fixation to the damaged area and at the same time sufficient separation from the surrounding tissue. Thus, we selected samples No. 6, No. 1, which can be used for further in vivo studies.

The conclusion. Due to the variety of membrane properties and functions, it is possible to use polymer implants in many ways, which will affect the necessity and importance of using the selected samples in experimental and clinical implantology.


В медицине существует множество нерешенных задач, некоторые из них на сегодняшний день являются серьезной проблемой, в частности, в клинической хирургии. В хирургической гастроэнтерологии до настоящего времени используются оперативные вмешательства, отдельные этапы которых сопряжены с нарушением целостности дигестивной трубки, например, стенки кишечника. Это обстоятельство грозит, с одной стороны, несостоятельностью швов и выходом содержимого в свободную брюшную полость, с другой - формированием избыточной соединительной ткани вокруг места интервенции.
Абдоминальный фиброз приводит к деформации участка органа и нарушению его функционирования, что зачастую вызывает различного рода осложнения. Несмотря на большое количество исследований, этиология и патогенез формирования спаек недостаточно изучены, а также не существует надёжных средств и методов профилактики спаечной болезни органов брюшной полости и ее лечения [3].
Бикомпонентные полимерные пленчатые имплантаты обеспечивают наиболее плотную и надежную фиксацию благодаря тому, что одна из сторон обладает достаточно высокими адгезивными свойствами, в то время как другая сторона таких свойств не имеет [4, 5]. Из-за своих физиологических особенностей они способны сворачиваться до определенного уровня, плотно прилегая к органу [6, 7, 8]. Безусловно, именно бикомпонентность может стать перспективной разработкой в борьбе со спаечной болезнью.
Для обоснования выбора наиболее оптимальных вариантов разработанных образцов, требуются их исследования с определенными функционально значимыми параметрами, которые обуславливают их клиническую эффективность.
Цель исследования. В условиях эксперимента in vitro, в сравнительном аспекте изучить определенные свойства новых образцов полимерных пленчатых имплантатов для использования их при операциях на органах брюшной полости.
Материалы и методы
Материалом для данных экспериментальных исследований послужила серия опытных образцов: 1, 2, 3, 4, 5, 6, изготовленных на основе полимера целлюлозы, которые отличались друг от друга различными технологиями изготовления.
Для достижения поставленной цели было проведено микрофотографирование полимерных пленчатых имплантатов с помощью лабораторного микроскопа LevenhukD320L при увеличении ×80.С помощью электронного микрометра iGaging0-1"/0.00005 измерена толщина и определен рельеф экспериментальных образцов. Мембраны размером 10×10 мм взвешены с помощью лабораторных весов. Были рассчитаны объем и плотность образцов размером 10×10 мм. Определение эластичности проводилось путем фиксации угла в момент нарушения целостности образца полимерного пленчатого имплантата в нативном состоянии с помощью транспортира.
V=a*b*c, где V-объем [мм³], a-длина [мм], b-ширина [мм], c-толщина участка образца [мм];
ρ=m/V, где ρ-плотность [мг/мм³], m- масса [мг], V-объем участка образца [мм³].
В конце исследования было применено ранжирование по Спирмену
Результаты и их обсуждение
По результатам проведенного исследования, было выявлено, что самым легким является образец размером 10×10 мм №6 с массой 4,72±0,11 мг, а образец №5 обладает максимальным показателем по данному критерию, значение которого составило 69,1±0,31мг (табл. 1). По результатам анализа объема участков исследуемых образцов, было отмечено, что образец №5 имеет наибольшее значение 7,36±2,54 мм, мм3. Наименьший показатель у образца № 6 и составил 4,22±0,36 мм, мм3. Полимерный пленчатый имплантат №6, в свою очередь, оказался и самым тонким образцом, его толщина составила 0,042±0,01 мм, напротив, самую большую толщину имеет полимер №5 - 0,736±0,02 мм. Набольшее значение плотности при изучении образцов соответствовало полимеру №3, что больше в 1,1 в сравнении с образцом №5.
Исследования эластичности показали, что образец №5 при сгибании под углом 180°, не теряет своей целостности, что нельзя сказать про остальные образы, которые теряют свою структуру уже при сгибании под углом в 80°. Благодаря такой особенности данный образец сможет более точно повторять контуры и изгибы части органа, на который был наложен имплантат, что обеспечит максимально плотную фиксацию к поврежденному участку.
По результатам анализа толщины, массы и объема исследуемых мембран размером 10×10 мм, выявлено, что образец №6 является самым тонким, легким и обладает наименьшим объемом среди всех остальных. Противоположным этому образцу является образец №5, который является самым плотным, тяжелым и обладает наибольшим объемом. На основе сделанных выводов, можно утверждать, что образец №5 не подходит для дальнейшего клинического исследования, в связи со своими физическими свойствами.
Из полученных данных анализа плотности исследуемых образцов, следует вывод, что полимеры №6 и №5 размером 10×10 мм обладают самой низкой плотностью. Обладатель самой высокой плотности является образец №3. На основании результатов можно сделать вывод, что только образцы № 6 и № 5 смогут обеспечить максимально плотную фиксацию к поврежденному участку.
Определение рельефа участков образцов размером 10×10 мм производилось по микрофотографиям, сделанным при помощи лабораторного микроскопа Levenhuk D320L при увеличении ×80 (табл. 2).
По результатам анализа микрофотографий исследуемых образцов можно отметить следующее: полимерные пленчатые имплантаты №1, №3, №6 обладают наибольшей площадью «высоких участков». Самая гладкая поверхность участков у образцов №2, №4, №5. На основе полученных данных можно сделать вывод, что имплантаты с наибольшей площадью «низких участков» отличаются лучшим контактом с поврежденным участком и за счет возникшей адгезии, могут обеспечить максимальную герметичность, что является одним из важных характеристик образцов, которые в дальнейшем могут быть использованы во время оперативного вмешательства.
С целью выявление наилучшего образца полимерного импланта по данным комплексного исследования в условиях in vitro было использовано ранжирование (табл. 3).
Минимальное значение ранга присвоено образцам с наиболее физиологичными для организма характеристиками (минимальное значение массы, толщины, объема, плотности, максимальное значение эластичности), затем полученные ранги суммировались (табл. 3). Импланты, набравшие наименьшее количество баллов (№6, №1) являются наиболее приемлемыми образцами для дальнейшего экспериментально исследования в условиях in vivo.
Таким образом, благодаря определению физико-механических свойств бикомпонентных пленчатых имплантатов, мы можем выбрать наиболее подходящие образцы для имплантации и проведения дальнейшей научной исследовательской работы в условиях in vivo.
Полученные результаты в будущем помогут открыть перспективы применения пленчатых полимерных имплантатов для лечения и профилактики различных заболеваний, связанных с хирургическим вмешательством.
Вывод
На основании результатов исследования было выявлено, что образцами с наиболее физиологичными имлпантами для дальнейшего исследования в условиях in vitro являются образцы №6 и №1.

Vyacheslav Aleksandrovich Lipatov

FGBOU KSMU Russian Ministry of Health

Email: Valipatov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6121-7412
SPIN-code: 1170-1189
https://kurskmed.com/department/operative_surgery/teacher/587

Russian Federation, Kursk, st. K.Marks, 3, 305004

MD, professor of the department of operative surgery and topographic anatomy FGBOU IN KSMU Russian Ministry of Health.

Dmitriy M Mutalifovich

FGBOU KSMU Russian Ministry of Health

Email: D-yarmamedov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4580-5502
SPIN-code: 5572-9676
https://kurskmed.com/department/ophthalmology/teacher/602

Russian Federation, Kursk, st. K.Marks, 3, 305004

assistant of the department of operative surgery and topographic anatomy FGBOU IN KSMU Russian Ministry of Health

Anna V Davydova

FGBOU KSMU Russian Ministry of Health

Author for correspondence.
Email: anna.dav412@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6809-6438
SPIN-code: 3291-2891

Russian Federation, Kursk, st. K.Marks, 3, 305004

student

  • Inarkhov M.A., Lipatov V.A., Zatolokina M.A., Iarmamedov D.M., Lazarenko S.V. K voprosu izucheniia fiziko-mekhanicheskikh svoistv i osobennostei novykh degradiruemykh polimernykh plenochnykh implantov dlia operatsii na organakh briushnoi polosti [study of physico-mechanical properties and features of the new degraded polymeric-film implants for operations on the abdominal organs] Kurskiy scientifically-practical Herald "Persons and his health". 2016; 3: 67-73.(in Russ.)
  • Kuznetsov V.P., Baumgarten M.I., Nevzorov B.P., Fadeev Iu.A. Adgeziia v kompozitsionnykh materialakh: terminy i fizicheskaia sushchnost' [Adhesion in composite materials: terms and physical entity] Journal Of The Kemerovo State University. 2014; 2: 173-177. (in Russ.)
  • Starodubtseva M.N., Yegorenkov N.I., Nikitina I.A. Thermo-mechanical properties of the cell surface assessed by atomic force microscopy. Micron. 2012; 43: 12: 1232-1238.
  • Kuznetsov V.P. Adgeziia v kleevom soedinenii: terminy i fizicheskaia sushchnost' [Adhesion in the adhesive joint: terms and physical entity]Journal Of The KemSU. 2014; 1: 170-174. (in Russ.)
  • Saed G.M., Fletcher N.M., Diamond M.P. The Creation of a Model for Ex Vivo Development of Postoperative Adhesions. Reprod. Sci. 2016; 23(5): 610-2.
  • Cherdyntsev V. V., Senatov F. S., Maksimkin A. V. , Stepashkin A. A. Deformatsionnye kharakteristiki plenok SVMPE pri rastiazhenii [Deformation characteristics of the films of UHMWPE tensile] Modern problems of science and education. 2013; 5. (in Russ.)
  • Shtil'man M.I. Biodegradatsiia polimerov [Biodegradation of polymer] Zabaikalsky medical Bulletin. 2015; 8: 2: 113-130. (in Russ.)
  • Lipatov V.A., Iarmamedov D.M., Gokin A.G. Issledovanie pokazatelei rel'efa i adgezii dvukhsloinykh antibakterial'nykh membran [the study of the topography and adhesion of two-layer antibacterial membranes]Health and education in the XXI century. 2017; 19: 3: 48-50. (in Russ.)

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 48

PDF (Russian) - 32


Copyright (c) Lipatov V.A., Mutalifovich D.M., Davydova A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.