Study of the Special Features of the Surface of Application Hemostatic Implants

Abstract


Background: One of the important unsolved problems of hepatobiliary surgery is to stop the bleeding of the parenchymal organ. The most promising means of local hemostasis are spongy implants made of various materials, the study of which is one of the leading directions in modern surgery. Nevertheless, despite the relevance of the research, there is no uniform classification of the structural features of such hemostatics.
Aims: to study the features of the surface of the application of hemostatic implants based on collagen and Carboxymethylcellulose Sodium.
Materials and methods: the authors performed light microscopy of the samples, photographing and subsequent processing of the photographs obtained using the trial version of the graphic editor Adobe Photoshop CS6 (Adobe Systems, San Jose, United States of America) to obtain black and white images by enhancing the contrast (+400 ), which excluded the possibility of false color definition. The black and white pixels were counted using the Altami Studio 3.4 program (Altami LLC, St. Petersburg, Russian Federation). Then, the real pixel size was converted into percentages using the trial version of Statistica 10.0 (Dell Software Company, Round Rock, United States of America). After that, the ratio of “low” areas of the implant (black pixels) to “high” (white pixels) was determined.


Results: According to the data obtained, a classification was developed for the heterogeneity of the surface of the relief of hemostatic implants, according to which all of them can be divided into three groups: with weak, moderate and strong severity of the heterogeneity of the surface relief.
Conclusions:  when correlating the obtained results and selected groups, it was found out that the hemostatic sponge Tachocomb® (Takeda Pharmaceuticals LLC, Linz, Austria) has a slightly pronounced heterogeneity of the surface relief, and the hemostatic collagen sponge (OJSC Luga Belkozin, Luga, Russian Federation) and a Carboxymethylcellulose based hemostatic sponge (developed in cooperation with Linteks LLC, St. Petersburg, Russian Federation) - moderately pronounced surface heterogeneity.


Одной из актуальных проблем современной гепатобилиарной хирургии является эффективная и малотравматичная остановка кровотечения. По причине анатомических особенностей печени гемостаз при оперативном вмешательстве представляет собой технически трудную задачу [1].
В настоящее время в научной литературе появилось много сообщений о применении различных местных гемостатических средств при хирургических вмешательствах по поводу повреждения паренхиматозных органов. Наиболее изученной основой гемостатических средств местного применения является коллаген [2].
Термин «коллаген» является собирательным: им обозначают как специфические мономерные белковые молекулы, так и агрегаты этих молекул, образующие во внеклеточном матриксе соединительной ткани фибриллярные структуры. Одним из важнейших физико-химических свойств коллагена является способность к абсорбции воды, крайне необходимая для местного гемостатического средства [3]. Действие же коллагеновой губки основано на формировании матрикса, служащего для улавливания форменных элементов крови и образования кровяного сгустка [4].
К прочим достоинствам коллагена можно отнести отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабую антигенность, высокую механическую прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемую скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами (гепарином, хондроитинсульфатом, антибиотиками и др.), стимуляцию регенерации собственных тканей организма [5]. Ярким примером гемостатического средства на основе коллагена является Tachocomb® (ООО «Такеда Фармасьютикалс», г. Линц, Австрия).
Однако, согласно данным литературы, гемостатические возможности коллагеновых губок весьма ограничены из-за неудовлетворительной фиксации к раневой поверхности, обусловленной длительным периодом формирования кровяного сгустка, и, как следствие, более продолжительным временем остановки кровотечения, что приводит к их быстрому отторжению при остановке достаточно массивных паренхиматозных кровотечений [6]. Тем не менее, периодом формирования кровяного сгустка может быть сокращено за счет внесения в состав губок лекарственных средств, обладающих гемостатической активностью, например ацетилсалициловой, аминокапроновой, аминоуксусной кислот.
К отрицательным свойствам имплантов на коллагеновой основе можно отнести формирование рубца, который образуется в месте применения импланта, замещая собой паренхиму органа [7].
Наибольший же интерес для отечественных исследователей представляют гемостатические импланты на основе производных целлюлозы: карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), гидроксиэтилцеллюлозы и других веществ с общей формулой: [C6H7O2(OH)3-х(OR) х]n, где n – степень полимеризации; х – число групп ОН, замещенных в одном звене макромолекулы целлюлозы; R – алкил, ацил или остаток минеральной кислоты [8].
Повышенный интерес к этому веществу также обусловлен целым рядом его позитивных свойств, таких как: надежный гемостатический эффект, высокая биосовместимость с организмом, способность к полной биодеградации без остаточных явлений.
Важной особенностью имплантов на основе КМЦ (особенно ее солей, таких как натрий- карбоксиметилцеллюлоза – Na-КМЦ) является высокая степень адгезии к окружающим тканям, предотвращающим «смывание» губки, выделяющейся из травмированного органа кровью. Другое не менее важное свойство КМЦ – псевдопластичность (ослабление без обратного принятия формы кажущейся вязкости с повышением величины градиента скорости движения параллельных слоев жидкости при изотермических и обратимых условиях), обеспечивающее надежную закупорку кровоточащих сосудов паренхимы при сближении краев органа с расположенной между ними гемостатической губкой. При превращении твердого вещества импланта в коллоидную массу, осуществляемого за счет контакта с жидкостным компонентом крови и давления краев органа, происходит проникновение КМЦ в капилляры и остановка кровотечения из них [9].
В связи с этим, важной задачей является изучение структурных особенностей, обуславливающих поглотительную способность большинства используемых в клинической практике гемостатических имплантов, с целью дальнейшего усовершенствования локальных кровоостанавливающих средств.
Одним из направлений изучения структуры гемостатических имплантов считается выяснение рельефа исследуемого образца и установления связи между характером его поверхности и кровоостанавливающей способностью [10].
Цель. Изучение особенностей рельефа поверхности губчатых аппликационных гемостатических имплантов.
Материалы и методы
Из тестируемых образцов губчатых аппликационных гемостатических средств были сформированы следующие группы:
Группа №1 – губка гемостатическая коллагеновая (ОАО «Лужский завод «Белкозин», г. Луга, Российская Федерация) (рис. 1);
Группа №2 – губка гемостатическая Tachocomb® (ООО «Такеда Фармасьютикалс», г. Линц, Австрия) (рис. 2);
Группа №3 – губка гемостатическая на основе Na-КМЦ (разработана коллективом авторов совместно с фирмой ООО «Линтекс», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация) (рис. 3).
Перед началом исследований размеры всех образцов были стандартизованы (1,0 ×1,0 ×0,5 см), каждая группа включала по 10 образцов соответственно. Для изучения структурных особенностей имплантов тестируемые образцы были помещены на предметный столик медицинского микроскопа МИКМЕД-6 (АО «ЛОМО», г. Санкт-Петербург), после чего в проходящем свете проводилось микроскопирование (40-кратное увеличение) и фотографирование с помощью C-mount (резьбовое соединение типа C) камеры E3CMOS12000KPA на основе сенсора Sony IMX226. Полученные фотографии обрабатывали в триал-версии программы Adobe Photoshop CS6 13.0 (Adobe Systems, г. Сан-Хосе, Соединенные Штаты Америки) для получения черно-белых изображений путем усиления контрастности (+400), что исключает вероятность ложного определения цвета. Подсчет черных и белых пикселей проводили с использованием программы Altami Studio 3.4 (ООО «Альтами», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация). Затем производился пересчет натуральной величины пикселей в проценты с помощью триал-версии программы Statistica 10.0 (Dell Software Company, г. Раунд Рок, Соединенные Штаты Америки).
По мнению коллектива авторов, при исследовании рельефа поверхности оптически проходимого объекта можно судить о проценте «высоких» (совокупность белых пикселей) и «низких» (совокупность черных пикселей) участков, путем вычисления из всей площади изображения в пикселях площадь темных/светлых участков, затем вычисляя процентное соотношение.
Статистическую обработку результатов исследования проводили с применением методик описательной и вариационной статистики. Производили расчет средних арифметических, стандартных отклонений и средних ошибок средних. В связи с малой выборкой (n˂30) в экспериментальных группах и ненормальным распределением выборки по Колмогору-Смирнову для определения достоверности отличий средних применяли непараметрический критерий Манна-Уитни. В качестве программной среды для обработки данных использовали триал-версию программы Statistica 10.0 (Dell Software Company, г. Раунд Рок, Соединенные Штаты Америки). Статистически достоверными считались различия средних величин при допустимом для медико-биологических исследований уровне p≤0,05.
Результаты и их обсуждение
Для образцов группы №1 выявлены следующие показатели: 80,6±0,11% микрофотографии занимают темные или «низкие» участки в рельефе поверхности коллагеновой гемостатической губки. Светлых или «высоких» участков было выявлено 19,4±0,11% (табл. 1). Полученные данные свидетельствуют об умеренной неоднородности рельефа поверхности коллагенового образца. Соотношение «низких» участков к «высоким» составило 1:8,52, что является наибольшим показателем среди всех исследованных образцов.
Для образцов группы №2 характерны обратные показатели: 1,97±0,05% микрофотографии занимают темные или «низкие» участки в рельефе поверхности гемостатической губки Tachocomb®, что говорит о почти полном отсутствии углублений на поверхности импланта. Светлых или «высоких» участков было выявлено 98,03±0,05% (табл. 1), что свидетельствует о слабой неоднородности рельефа поверхности исследуемого образца. Соотношение «низких» участков к «высоким» составило 1:0,2, что является наименьшим показателем среди всех образцов.
Показатели образцов группы №3 близки к показателям группы №1: 13,7±5% микрофотографии занимают темные или «низкие» участки в рельефе поверхности гемостатической губки КМЦ. Светлых или «высоких» участков было выявлено 86,3±2,4% (Таб. №1), что свидетельствует об умеренной неоднородности рельефа поверхности исследуемого образца. Соотношение «низких» участков к «высоким» составило 1:6,3 – показатель, занимающий промежуточное положение между двумя предыдущими.
По результатам анализа данных, полученных в ходе исследования была выявлена гомогенность структуры образцов всех групп на разных участках поверхности, что свидетельствует об однородном рельефе всего полотна импланта. По нашему мнению, это может значить, что соотношение «низких» участков к «высоким» характерно для всей поверхности импланта и на ней нет своеобразных «плато», на которых превалировали бы только участки одной высоты.
На основании вышесказанного коллектив авторов пришел к выводам, что полученные данные можно классифицировать по соотношению «высоких» участков поверхности импланта к «низким». Таким образом, предлагается условное разделение на 3 вида неоднородности рельефа поверхности гемостатических имплантов, 2 из которых (слабо выраженная и умеренно выраженная неоднородность) уже были обозначены выше:
Слабо выраженная неоднородность рельефа поверхности (соотношение «высоких» участков к «низким» находится в пределах 1:0,1-0,9);
Умеренно выраженная неоднородность рельефа поверхности (соотношение «высоких» участков к «низким» находится в пределах 1:1-9,9);
Значительно выраженная неоднородность рельефа поверхности (соотношение «высоких» участков к «низким» находится в пределах 1:10 и выше).
Данная классификация поможет исследователю в комплексном описании рассматриваемого им образца локального гемостатического средства; будет способствовать интеграции данных, полученных им, в общую научную базу.
Заключение
По результатам исследования была предложена классификация неоднородности рельефа поверхности гемостатических губок, основанная на соотношении «высоких» участков поверхности импланта к «низким». Согласно данной классификации, предлагается выделить 3 вида неоднородности рельефа поверхности: слабо выраженную, умеренно и значительно.
На основании проведенного исследования установлено, что изучаемые гемостатические импланты имеют следующие показатели рельефа поверхности: губка гемостатическая коллагеновая (ОАО «Лужский завод «Белкозин») имеет умеренную выраженность рельефа поверхности с соотношением «низких» участков к «высоким» 1:8,52; губка гемостатическая Tachocomb® (ООО «Такеда Фармасьютикалс») имеет слабую выраженность рельефа с соотношением «низких» участков к «высоким» 1:0,2; губка кровоостанавливающая на основе КМЦ (разработанной совместно с фирмой ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург) имеет умеренную выраженность рельефа с соотношением «низких» участков к «высоким» 1:6,3. При сравнении же рельефа поверхности трех имплантов было выявлено, что губка коллагеновая гемостатическая ОАО Белкозин имеет более выраженную рельефность поверхности в сравнении с образцом Tachocomb®. При этом губка на основе КМЦ имеет средний показатель выраженности рельефа в сравнении с двумя другими образцами.

Vyacheslav Aleksandrovich Lipatov

Kursk state medical University

Email: drli@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6121-7412
SPIN-code: 1170-1189
Scopus Author ID: 6603948707
ResearcherId: D-8788-2013

Russian Federation,  Kursk, Russian Federation

M.D., Professor, Department of operative surgery and topographic anatomy

Sergey Viktorovich Lazarenko

Kursk state medical University

Email: dok.lazarenko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7200-4508
SPIN-code: 1723-9128

Russian Federation,  Kursk, Russian Federation

Ph.D., assistant of the Department of oncology

Dmitriy Andreevich Severinov

Kursk state medical University

Author for correspondence.
Email: dmitriy.severinov.93@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4460-1353
SPIN-code: 1966-0239
Scopus Author ID: 57192996740
ResearcherId: G-4584-2017
Mendeley Profile: dmitriy-severinov2

Russian Federation,  Russian Federation

assistant of the Department of anatomy

Alexander Aleksandrovich Ushanov

Kursk state medical University

Email: sansany226@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0876-0656
SPIN-code: 8645-6468

Russian Federation,  Kursk, Russian Federation

student 

  1. Petersen M., Steinert R., Jannasch O., Venerito M., Meissner C., Kropf S., Albrecht R., Lippert H., Meyer F. Sealing of the hepatic resection area using hemostatic devices does not improve results of adequate surgery // Zeitschrift fur Gastroenterologie. – 2016. – №7 – C.634-641.
  2. Choi S.M., Ryu H.A., Lee K.M., Kim H.K., Park I.K., Cho W.J., Shin H.C., Choi W.J., Lee J.W. Development of Stabilized Growth Factor-Loaded Hyaluronate– Collagen Dressing (HCD) matrix for impaired wound healing // Biomaterials Research. – 2016. – №9. – C. 532-540.
  3. Чернявский А.М., Григорьев И.А., Ткачева Н.И., Морозов С.В., Таркова А.Р. Контроль локального гемостаза с помощью препаратов окисленной целлюлозы // Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. – 2014. – №8. – C. 71-75.
  4. В.А. Липатов, С.В. Лазаренко, К.А. Сотников, Д.А. Северинов, М.П. Ершов. К вопросу о методологии сравнительного изучения степени гемостатической активности аппликационных кровоостанавливающих средств // Новости хирургии. – 2018. – №1 (26). – С. 81-95.
  5. Давыденко В.В., Власов Т.Д., Доброскок И.Н., Бражникова Е.Н., Забивалова Н.М. Сравнительная эффективность аппликационных гемостатических средств местного действия при остановке экспериментального паренхиматозного и артериального кровотечения // Вестник экспериментальной и клинической хирургии. – 2015. – №2. – С. 186-194.
  6. Mita K., Ito H., Murabayashi R., Asakawa H., Nabetani M., Kamasako A., Koizumi K., Hayashi T. Use of a Fibrinogen/Thrombin-Based Collagen Fleece (TachoComb, TachoSil) With a Stapled Closure to Prevent Pancreatic Fistula Formation Following Distal Pancreatectomy // Surgical Innovation. – 2015. – №6. – С. 601-605.
  7. Инархов М. А., Липатов В.А., Затолокина М.А., Ярмамедов Д.М., Лазаренко С.В. К вопросу изучения физико-механических свойств и особенностей новых деградируемых полимерных пленочных имплантов для операций на органах брюшной полости // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». – 2016. – № 3. – С. 67-73.
  8. Маркин В.И., Базарнова Н.Г., Галочкин А.И. О взаимодействии лигноуглеводных материалов с монохлоруксусной кислотой // Химия растительного сырья. – 1997. – № 1. – С. 26-28.
  9. Липатов В.А., Григорьев Н.Н., Лазаренко С.В., Северинов Д.А., Сотников К.А., Ушанов А.А. Установление структурных особенностей ковоостанавливающих имплантов на основе натрий-карбоксиметилцеллюлозы с помощью световой микроскопии // Современные проблемы науки и образования. – 2018. – № 6. URL: http://www.science-education.ru/article/view?id=28315 (дата обращения: 17.01.2019).
  10. Grimm C., Polterauer S., Helmy S., Cibula D., Zikan M., Reinthaller A., Tempfer C. A collagen-fibrin patch (Tachosil®) for the prevention of symptomatic lymphoceles after pelvic lymphadenectomy in women with gynecologic malignancies: a randomized clinical trial // BMC Cancer. – 2014. – №14. – С. 635-642.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 23

PDF (Russian) - 15

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2019 Lipatov V.A., Lazarenko S.V., Severinov D.A., Ushanov A.A.

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

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies