Effect of Deproteinized Dialysate from Vealers’ Blood on the Collagenogenesis in the Area of Polypropylene Hernioendoprosthesis ​​Implantation: аn Experimental Study

Abstract


Introduction. The choice of the optimal type of hernia endoprosthesis, as well as introduction of drugs with a collagen-forming effect into clinical practice, will improve the quality of treatment in patients with ventral hernias due to the formation of the full-fledged connective tissue both in the area of ​​the postoperative scar and in the area of ​​the hernia endoprosthesis placement.
The aim of the study was to identify the effect of deproteinized dialysate from vealers’ blood on neocollagenesis in the area of endoprosthetics.
Materials and methods. The experimental study included 80 laboratory white mice, Wistar line. All animals were divided into two groups (control and experimental). A polypropylene hernioendoprosthesis was implanted in animals of both groups. The division into groups was due to the use of deproteinized dialysate from the vealers’ blood.
Results. The use of a polypropylene hernioendoprosthesis for abdominal wall plasty combined with the use of deproteinized dialysate created the necessary conditions for accelerating the processes of proliferation and maturation of fibroblastic cells.
Conclusion. The maximum value of the ratio of collagen fibers of types I and III was achieved on the 90th day of the study, the difference between the value of this parameter was 1.24 times greater in the group of animals where deproteinized dialysate was used.


Приоритетной задачей современной абдоминальной хирургии является улучшение качества лечения больных с грыжами передней брюшной стенки [5;15]. Несмотря на большое количество вариантов коррекции дефектов брюшной стенки у больных с вентральными грыжами, число рецидивов после их выполнения возникает в 15-33% случаев [12;13]. Послеоперационные вентральные грыжи – это вторые по частоте распространённости грыжи в хирургической практике, которые уступают только паховым грыжам. Они встречаются в 8-16% случаев после операций, выполненных через лапаротомный доступ. Значительное количество клинических исследований за последние двадцать лет выявили значительное увеличение количества послеоперационных вентральных грыж от 51 до 73% от общего числа, что обусловлено увеличением хирургических операций на органах брюшной полости [1;11].
Использование в клинической практике полипропиленовых имплантов значительно снизило частоту рецидивов и послеоперационных осложнений по сравнению с аутопластикой [10;17]. Эволюция материалов, использующихся для пластики брюшной стенки с момента их появления и до настоящего времени, достигла значительного прогресса. Производители герниоэндопротезов, опираясь на экспериментальные исследования и рекомендации хирургов, стараются совершенствовать имеющиеся материалы, придавая им новые свойства [4]. Результаты лечения вентральных грыж, несмотря на повсеместное внедрение в клиническую практику современных хирургических материалов и техник, необходимо совершенствовать [18].
Основными причинами неудач при использовании синтетических материалов являются выраженные воспалительные, рубцовые и дистрофические изменения в области имплантации герниоэндопротеза. Эти факторы оказывают значительное влияние на процесс формирования зрелой соединительной ткани как в области постановки герниоэндопротеза, так и в области послеоперационного рубца [7;19].
Основополагающую роль в созревании соединительной ткани имеют наследственные процессы метаболизма коллагеновых волокон [16]. Эти нарушения влияют как на свойства соединительной ткани, так и на процессы регенерации в месте имплантации герниоэндопротеза. Они влияют на качество послеоперационного рубца, а также служат причиной возникновения рецидивов [14].
Нарушение механизмов формирования зрелого коллагена I типа, превалирование незрелого коллагена III типа над зрелым коллагеном в апоневрозе и коже у больных с грыжами передней брюшной стенки вынуждает искать способы решения этих проблем. Достичь качественного улучшения структуры соединительной ткани возможно, применяя специфические препараты, которые позволят не только увеличить число коллагеновых волокон, но и улучшить их качественные показатели [8;20].
Выбор оптимального типа герниоэндопротеза, а также внедрение в клиническую практику препаратов, обладающих коллагенобразующим эффектом, позволит улучшить качество проводимого лечения у больных с вентральными грыжами за счет формирования полноценной соединительной ткани как в области послеоперационного рубца, так и в области постановки герниоэндопротеза.
Цель
Определить влияние депротеинизированного диализата из крови молочных телят на процессы неоколлагенеза в области эндопротезирования.
Материалы и методы
Экспериментальное исследование было выполнено на 80 особях лабораторных белых мышей линии Вистар. В исследование входили только животные мужского пола, вес животных варьировался от 26 до 32 гр. Выбор особей мужского пола был обусловлен отсутствием различий в гормональном фоне, а также высокой вероятностью беременности самок при использовании обеих полов. Лабораторные животные перед началом эксперимента прошли необходимый санитарный контроль на базе экспериментально-биологической клиники Курского государственного медицинского университета. Все лабораторные животные находились в одинаковых температурных условиях и получали необходимые кормовые добавки.
Эксперимент на лабораторных мышах проводился в полном соответствии с Конвенцией Совета Европы от 1986 г. (Страсбург). Также были выполнены все Директивы Совета 86/609/ЕЕС от 24.11.86 г. по согласованию правил, законов и административных распоряжений стран-участниц защиты животных, используемых в экспериментальных исследованиях.
В начале экспериментального исследования все животные были поделены на две группы (контрольную и основную), каждая из которых включала 40 животных, которым имплантировался полипропиленовый герниоэндопротез (Эсфил). Деление на группы было обусловлено применением депротеинизированного диализата из крови молочных телят (препарата Солкосерил), он использовался у животных, входящих в основную группу; в группе контроля данный препарат не использовался.
Исследование выполнялось на базе НИИ экологической медицины Курского государственного медицинского университета в условиях операционного блока. Перед оперативным вмешательством животные находились в специальной камере, где им проводился ингаляционный наркоз, во время выполнения операции наркоз поддерживался с использованием «эфирной маски». В начале операции производился разрез кожи по переднебоковой поверхности размером 15 мм, после чего тупым способом выполнялась сепарация кожи от нижележащих мышц брюшной стенки. В сформированное пространство укладывался полипропиленовый герниоэндопротез размером 10*10 мм. Фиксация герниоэндопротеза отдельными швами не производилась. Данное размещение герниоэндопротеза в экспериментальном исследовании моделировало герниопластику по on-lay методике. Животным, находившимся в основной группе, интраоперационо, а в дальнейшем, парапротезно вводился 50% раствор гемодилизата в объеме 0,15 мл, с помощью инсулинового шприца. Препарат вводился через день в течение всего экспериментального исследования. Выведение лабораторных животных из эксперимента производилось на 10, 30, 60 и 90 сутки.
На представленных сроках после выведения животных из эксперимента производилось иссечение брюшной стенки вместе с мышцами и расположенным на них герниоэндопротезом. Полученные фрагменты помещали в пробирку с 10% раствором формалина и дальнейшим заключением его в парафиновый блок для получения срезов толщиной 4-5 мкм. Определение коллагенового состава соединительной ткани осуществлялось с помощью окраски Sirius Red. После приготовления гистологических срезов производился структурный анализ соединительной ткани с подсчетом коллагеновых волокон I и III типов [3].
Изучение соотношения коллагеновых волокон, определение числа межволоконных пространств при окраске Sirius Red производилось в поляризационном свете, определение же толщины парапротезной капсулы определялось при световой микроскопии [2]. Для изучения представленных параметров нами использовался поляризационный микроскоп Altami Polar 2 с объективами различного увеличения (х10, х25, х40 и х63) и окуляр с х10 увеличением. Микрофотографии гистологических препаратов были получены с помощью окулярной камеры Altami 3 Mpx. Исследование каждого гистологического среза производилось в 10 «стандартных полях зрения».
Объем коллагена I и III типов в соединительной ткани определялся путем анализа цветовой гаммы в проходящем поляризационном свете. Коллагеновые волокна, в зависимости от превалирования того или иного типа коллагена, имеют специфическое свечение. Коллаген I типа света имеет красный спектр свечения, коллаген III типа имеет зеленое свечение [9]. Вычисления объема коллагенов I и III типов, а также определение их соотношения проводилось с помощью программы ImageJ 1,46h. [6]. Определение межволоконных пространств выполнялось следующим образом: во всех микропрепаратах производился визуальный подсчет межволоконных пространств на площади 50*50 мкм в 10 «стандартных полях зрения». Их количество делилось на число исследуемых полей зрения, вследствие чего получалось среднее количество межволоконных пространств.
Статистическая обработка параметров соединительной ткани выполнялась с использованием программы Statistica 2.0, а также с помощью вычислительных функций компьютера. Производился расчет средней величины количественных показателей (М), были установлены стандартные ошибки среднего (m) и стандартные отклонения ().
Результаты и их обсуждение
Ключевую роль в уменьшении интенсивности воспалительной реакции в области установки герниоэндопротеза играют процессы формирования структуры соединительной ткани. Значительного увеличения эффективности проводимого лечения возможно добиться путем влияния на процесс неоколлагеногенеза за счет стимуляции зрелого коллагена I типа. Оценка эффективности влияния депротеинизированного диализата из крови молочных телят на процесс формирования соединительнотканных структур в исследовании производилась путем процентного соотношения коллагеновых волокон I и III типов в области расположения герниоэндопротеза. Полученные при выполнении поляризационной микроскопии результаты выявили тенденцию увеличения соотношения коллагеновых волокон I и III типа в группе животных, получавших гемодилизат в качестве коллагеностимулятора. Впервые данная зависимость отмечена на 30-х сутках эксперимента. Результаты, полученные на различных сроках эксперимента, отражены в таблице 1.
Вторым важным критерием оценки качества соединительной ткани является ее плотность. Соединительнотканные структуры, представленные преимущественно зрелым коллагеном, но имеющие большое количество межволоконных пространств, не являются полноценными (рис. 1). Только при наличии достаточного количества коллагена I типа и небольшого количества межволоконных пространств правомочно говорить о полноценности соединительной ткани и оценивать ее структурные свойства.
Микрофотографии, полученные при выполнении поляризационной микроскопии и их последующий анализ в специальном графическом редакторе, позволили опеделить плотность соединительной ткани в области расположения герниоэндопротеза. Полученные данные представлены на рис. 2.
Размер капсулы, сформированной вокруг нитей герниоэндопротеза, имеет определяющую роль только тогда, когда соединительнотканные волокна, из которых она состоит, имеют достаточную плотность и зрелость. На представленном ниже рис. 3 отражена динамика измнения толщины парапротезной капсулы.
При статистической обработке параметров соединительной ткани на 10-е сутки исследования были получены следующие результаты. Соединительнотканные волокна в равном объеме представлены как коллагеновыми волокнами I типа (48,94%; 49,39%), так и коллагенвыми волокнами III типа (51,06 %;
50,61 %). При этом они имеют хаотичное расположение. Отмечается большое количество межволоконных пространств. Парапротезная капсула на данном сроке эксперимента только начинает формироваться, и ее структура определяется не на всем протяжении вокруг нити герниоэндопротеза. Данная особенность определялась нами в обеих группах животных и не зависела от использования депротеинизированного диализата из крови молочных телят.
К 30-м суткам исследования впервые отмечается изменение структуры соединительной ткани в области расположения герниоэндопротеза. Достоверно (p≤0,05) установлено снижение коллагена III типа (46,88%; 44,88%) и увеличение объема зрелых коллагеновых волокон I типа (53,12%; 55,12%), более выраженное в группе животных, которые получали депротеинизированный диализат (рис. 4, 5). Соотношение коллагеновых волокон I и III типа у мышей, не получающих гемодилизат, составляет 1,12, что на 9% меньше при сравнении с основной группой животных. Нами также установлено достоверное (p≤0,05) увеличение плотности соединительнотканных структур, уменьшение межволоконных пространств в области парапротезной области (n=8,1; n=5,9) в основной группе (рис. 4, 5).
К 60-м суткам исследования определяется выраженная соединительнотканная капсула вокруг нитей герниоэндопротеза, имеющая меньшее число межволоконных пространств по сравнению с 30-ми сутками исследования (n=6,5; n=4,8). Коллагеновые волокна в области расположения герниоэндопротеза в обеих группах преимущественно состоят из волокон зрелого коллагена (60,54%; 64,51%). Более интенсивное свечение красным спектром (p ≤0,05) характерно для основной группы животных. Данная зависимость свидетельствует о достоверно более высокой плотности и зрелости соединительной ткани в группе животных, получающих гемодилизат 287,2 pixel/дюйм. Максимальный значения содержания зрелого коллагена I типа определяется на 90-е сутки. При этом соотношение коллагеновых волокон в группе мышей, получавших гемодилизат, составляет 2,15±1,87, что на 19,1% больше при сравнению с контрольной группой. Капсула вокруг нитей герниоэндопротеза имеет достоверно большую плотность коллагеновых волокон (240,4 ± 13,9 pixel/дюйм; 351,2 ± 17,8 pixel/дюйм) по сравнению с предыдущими сроками эксперимента и состоит из преимущественно зрелых волокон коллагена (63,62%; 68,28%) (рис. 6, 7). Наименьшее количество расслоений соединительной ткани нами установлено в основной группе (n=4,1), что также свидетельствует о более высокой плотности соединительнотканных структур (p ≤0,05) в области эндопротезирования (рис. 7).
Сравнение двух групп лабораторных животных достоверно установило лучшую адаптацию полипропиленового герниоэндопротеза в тканях у животных, получающих депротеинизированный диализат из крови молочных телят. Достоверно (p≤0,05) выявлено увеличение соотношения коллагеновых волокон I и III типа, начиная с 30-х суток исследования у животных, получающих препарат. Увеличение плотности соединительнотканных структур в области расположения герниоэндопротеза характеризуется увеличением интенсивности красного цвета коллагеновых волокон, а также снижением числа межволоконных пространств, которые достигают своего минимального значения на 90-е сутки в основной группе.
Заключение
В ходе исследования был произведен качественный анализ структуры соединительной ткани: изучение гистологических препаратов брюшной стенки в проходящем поляризационном свете после имплантации полипропиленового герниэндопротеза и в зависимости от использования депротеинизированного диализата из крови молочных телят. Данный экперимент позволил выявить лучшую адаптацию полипропиленового герниоэндопротеза в группе животных, получавших препарат. Уже на начальных сроках исследования было установлено преобладание волокон коллагена I типа над коллагеновыми волокнами III типа, более выраженное в группе животных с применением гемодиализата. Так, на 30-е сутки эксперимента было достоверно (p≤0,05) определено увеличение соотношение коллагеновых волокон I и III типов в основной группе животных, данная тенденция сохранялась на всем протяжении исследования. При сравнении структуры соединительной ткани в обеих группах животных отмечалось достоверное (p≤0,05) уменьшение числа межволоконных пространств, что отражалось на увеличении плотности соединительной ткани, более выраженное в группе животных, получавших депротеинизированный диализат. Максимальное значение соотношения коллагеновых волокон I и III типов было отмечено на 90-е сутки исследования, разница между значением этого параметра в 1,24 раза была больше в группе, где применялся депротеинизированный диализат из крови молочных телят.

Evgenij Gennadievich Obedkov

Kursk State Medical University

Author for correspondence.
Email: evgenij-obedkov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0566-1476

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

Ph.D., assistant of the Department of surgical diseases №1, Kursk state medical University

Sergej Viktorovich Ivanov

Kursk State Medical University

Email: IvanovSV@kursksmu.net
ORCID iD: 0000-0001-7540-5748
SPIN-code: 4529-1471

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

M.D., Professor, head of the Department of surgical diseases №1

Ilya Sergeevich Ivanov

Kursk State Medical University

Email: ivanov.is@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4408-961X
SPIN-code: 3122-8015

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

M.D., associate Professor, Professor of the Department of surgical diseases №1

Inna Anatolievna Ivanova

Kursk State Medical University

Email: ia.ivanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7331-6255
SPIN-code: 9725-8582

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

Ph.D., associate Professor of clinical immunology, Allergy and Phthisiopulmonology

Anna Igorevna Denisenko

Kursk State Medical University

Email: anya.denisenko.96@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-2783-086X
SPIN-code: 7511-2926

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

6th year student of the medical faculty

Anastasiya Yurievna Plohotina

Kursk State Medical University

Email: anastasiaplokhotina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8471-2985

Russian Federation, Kursk, Russian Federation

6th year student of the medical faculty

  1. Vinnik YUS, CHajkin AA, Nazar'yanc YUA, Petrushko SI. A modern view of the problem of treating patients with postoperative ventral hernias. Sibirskoe medcinskoe obozrenie. 2014; 6: 5–13. (in Russ.)
  2. Vyatkin VA, Butolin EG, Ivanov VG. The effect of chondroitin sulfate on the exchange of type I collagen in compact bone tissue in alloxan-induced rats. Kazanskij medicinskij zhurnal. 2015; 5: 802–806. (in Russ.)
  3. Ivankova YUO, Abisalova IL, Lokarev AV. Morphological evaluation of the effectiveness of ointments containing the enzyme collagenase for thermal burn in the experiment. Fundamental'nye issledovaniya. 2012; 2: 466–469. (in Russ.)
  4. Kulikovskij VF, Bitenskaya EP, Soloshenko AV, YArosh AL. Analysis of the immediate results of treatment of patients with prosthetic repair using mesh endoprostheses with nanosized diamond-like carbon coating. Fundamental'nye issledovaniya. 2012; 4(1): 91–95. (in Russ.)
  5. Lavreshin PM, Gobedzhishvili VK, Gobedzhishvili VV, YUsupova TA. Differentiated approach to the treatment of postoperative ventral hernias. Vestnik eksperimental'noj i klinicheskoj hirurgii. 2014; 7 (3): 246–251. (in Russ.)
  6. Lazarenko VA, Ivanov SV, Ivanov IS, Parfenov IP, Goryainova GN, Cukanov AV, Ivanova IA, Ob"edkov EG. Morphological changes in the area of implantation of the endoprosthesis “parietene progrip” depending on the use of the drug “solcoseryl”. Kurskij nauchno-prakticheskij vestnik "CHelovek i ego zdorov'e". 2016; 3: 74–80. (in Russ.)
  7. Lunicyna VV, Protopopova TA, Porseva YUD. Cytological assessment of the healing of skin wounds under the influence of ointments containing biogenic regeneration stimulants. Medicus. 2015; 6(6): 121–125. (in Russ.)
  8. Melekhov VV, Enin GA, Gavrilyuk VB, Gavrilyuk BK, Timchenko AA. Investigation of the structure of a collagen matrix based on type 1 collagen by atomic force microscopy under various ionic conditions. Tekhnologii zhivyh sistem. 2015; 12(4): 41–45. (in Russ.)
  9. Netyaga AA, Parfenov OA, Nutfullina GM, ZHukovskij VA. Light or composite endoprostheses for hernioplasty; material selection based on an experimental study of their biocompatible properties. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013; 5: 370. (in Russ.)
  10. Rot'kin EA, Drugov AS, Kuznecov AD. Analysis of the results of surgical treatment of ventral hernias using a mesh implant. Politravma. 2014; 2: 30–36. (in Russ.)
  11. Sukovatyh BS, Valujskaya NM, Pashkov VM, Alimenko OV, Grigoryan AYU. Indications and choice of abdominal wall prosthetics technology for the prevention and treatment of postoperative ventral hernias. Byullyuten' sibirskoj mediciny. 2016; 15(1): 89–97. (in Russ.)
  12. Trofimovich YUG, CHerdancev DV, CHajkin DA, Bol'shakov IN, SHestakova LA, Kotikov AR. Reconstruction of the anterior abdominal wall - possible options for increasing efficiency. V mire nauchnyh otkrytij. 2013; 3(39): 195–215. (in Russ.)
  13. CHistyakov DB, Movchan KN, YAshchenko AS. The risks of adhesions during intra-abdominal implantation in the abdominal wall of mesh prostheses made of ambiguous materials with different bioenergy properties. Vestnik Rossijskoj voenno-medicinskoj akademii. 2016; 2(54): 164–169. (in Russ.)
  14. SHapavalova EYU, Bojko TA, Baranovskij YUG, Karakul'kina OA, Baranovskij AG. Optimization of the type of carcass collagen in bioengineered constructs for healing skin ulcers taking into account embryohistogenesis of the skin in human embryos. Vestnik Ural'skoj medicinskoj akademii nauki. 2014; 5: 107–110. (in Russ.)
  15. Baibakov VM. Ethod of laparascopic correction of uncomplicated ingunal hernias in children. Europaische Fachhochschule. 2016; 7: 9–11.
  16. Bondarenko VS, Obolenska MY. Bioinformatics analysis of cis-regulatory elements in MBL1 and MBL2 genes in rattus norvegicus. Biopolymers and Cell. 2015; 31(1): 63–71.
  17. Earle D, Roth JS, Saber A, Haggerty S, Bradley JF, Fanelli R, Price R, Richardson WS, Stefanidis D. Sages guidelines for laparoscopics ventral hernia repair. Surgical Endoscopy. 2016; 30(8): 3163–3183.
  18. Rastegarpour A, Cheung M, Vardhan M, Ibrahim MM, Butler CE, Levinson H. Surgical mesh for ventral incisional hernia repairs: understanding mesh design. Canadian Journal of Plastic Surgery. 2016; 24(1): 41–50.
  19. Miao L, Wanq F, Wanq L, Zou T, Brochu G, Guidoin R. Physical characteristics of medical textile prostheses designed for hernia repair: a comprehensive analysis of select commercial devices. Materials. 2015; 8(12): 8148–8168.
  20. Sanders DL. Randomized clinical trial of tissue glue versus absorbable sutures for mesh fixation in local anaesthetic Lichtenstein hernia repair. The British journal of surgery. 2011; 98(12): 1806.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 85

PDF (Russian) - 42

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2021 Obedkov E.G., Ivanov S.V., Ivanov I.S., Ivanova I.A., Denisenko A.I., Plohotina A.Y.

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