Influence of polypropylene mesh on local and systemic production of cytokines during thoracoplasty in experiment


Cite item

Abstract

Introduction. The question of the body's immune reactivity when using mesh implants for plastic surgery of the chest frame remains not fully understood.
Aims. The effect of the polypropylene mesh endoprosthesis "Surgipro" on systemic and local cytokine production after reconstruction of the chest frame was evaluated.
Materials and methods. The work was performed on male Wistar rats weighing 250 ± 50 grams (n=21). The main group consisted of rats with musculo-aponeurotic plasty (n=9), the comparison group consisted of animals that underwent chest plasty after removal of the posterior segment of the IV rib measuring 1.0 cm and overlapping over the mesh (n=9). Healthy rats without surgery served as control (n=3). The animals were taken out of the experiment on days 1, 10 and 30 after the operation. Determination of cytokines TNF-α, IFN-γ and IL-10 in the blood serum and biopsy of the postoperative scar was performed by the method of enzyme-linked immunosorbent assay.
Results. It was found that in the experiment, the plastic of the chest frame affects the systemic and local production of cytokines TNF-α, IFN-γ and IL-10. A more intense increase in serum and local anti-inflammatory cytokines was recorded with the use of the implant (p˃0.05). At the same time, the production of anti-inflammatory IL-10 was recorded at values below the control (p˃0.05).
Conclusions. The conducted experimental study revealed that the use of a mesh endoprosthesis in the restoration of a defect in the thoracic frame causes more pronounced systemic and local production of cytokines TNF-α, IFN-γ and reduces the production of IL-10.

Full Text

Влияния полипропиленовой сетки на локальную и системную продукцию цитокинов при торакопластике в эксперименте

С.А. Белов1, А.А. Григорюк2

1Приморский краевой противотуберкулёзный диспансер, ул. Пятнадцатая, д.2, Владивосток, 690041, Российская Федерация

2Тихоокеанский государственный медицинский университет, ул. Острякова, д.2, Владивосток, 690002, Российская Федерация

 

Восстановление дефекта костного каркаса грудной клетки необходимо для обеспечения биомеханики дыхания и защиты внутренних органов. В отечественной и зарубежной хирургии накоплен значительный опыт применения синтетических трансплантатов, способных обеспечить стабильность грудной клетки. В основном исследователи подчеркивают преимущества применения плетеного полипропилена с разнонаправленной эластичностью, которая обладает необходимой ригидностью, инертностью, пластичностью и рентгенпрозрачностью [4, 7].

В процессе восстановления целостности поврежденных тканей участвуют не только клеточные элементы, но и факторы иммунной системы. Цитокины обеспечивают взаимодействие Т-, В-лимфоцитов и макрофагов в иммунном ответе регулируя заживление раны, способствуя формированию послеоперационного рубца [3]. Цитокины IFN-γ, ФНО-α секретируемые макрофагами и моноцитами обеспечивают мобилизацию воспалительного ответа, а ИЛ-10 – ингибирует избыточный синтез провоспалительных цитокинов [2, 5, 6]. Однако остается не до конца изученным вопрос об иммунной реактивности организма при применении сетчатых имплантатов в пластической хирургии грудной клетки [1, 7].

Цель исследования заключалась в экспериментальном изучении влияния полипропиленовой сетки «Surgipro - SPMM-149» на локальную и системную продукцию цитокинов при торакопластике.

Материалы и методы. Материалом для экспериментальных исследований явились крысы линии Вистар – 21 самцов массой 200-250 г. Поставка крыс осуществлялась из вивария Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН, Владивосток. Животные были распределены на 3 группы:

1 группа – основная (9 крыс), которым произведена мышечно-апоневротическая пластика грудной клетки после удаления заднего отрезка IV ребра размером 1,0 см;

2 группа – сравнения (9 крыс), которым произведена пластика грудной клетки после удаления заднего отрезка IV ребра размером 1,0 см с наложением поверх дефекта полипропиленовой сетки «Surgipro - SPMM-149» размером 1,0х1,0 см;

3 группа – контроля (3 крысы), интактные.

Животных выводили из опыта на 1, 10 и 30 сутки с момента операции. Вырезали лоскут ткани, содержащий мышечно-апоневротический рубец с имплантатом. Осуществляли забор сыворотки крови. Эксперимент проводился со строгим соблюдением требований Европейской конвенции (Страсбург, 1986) по содержанию, кормлению и уходу за подопытными животными, а также выводу их из эксперимента и последующей утилизации. В постановке опытов руководствовались требованиями Всемирного общества защиты животных (WSPA) и Европейской конвенции по защите экспериментальных животных. Исследование одобрено междисциплинарным этическим комитетом.

Определение цитокинов ФНО-α, IFN-γ, ИЛ-10 в сыворотке крови и мышечно-апоневротическом рубце производили методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием наборов: Rat «R&D Diagnostics Inc.». Биоптаты мышечно-апоневротического рубца после фиксации в формалине по стандартной методике готовили гистологические срезы, которые окрашивали гематоксилин-эозином, метиленовым синим и определяли клеточный состав.

Математическая обработка результатов исследования проведена с использованием программы Microsoft Excel 2010, Statistica 6.0 и SPSS 12.0. Для представления данных рассчитывалось среднее значение показателя и стандартное отклонение. При выполнении условия нормальности распределения (тест Колмогорова-Смирнова) статистическую значимость различий (р) определяли с помощью t критерия Стьюдента. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты. Исследование сыворотки крови в группе контроля (n=3), определило показатели цитокинов ФНО-α, IFN-γ, и ИЛ-10 на уровне 0,36±0,02 пг/мл, 2,45±0,12 пг/мл, и 5,39±0,18 пг/мл. Концентрация цитокинов в мышечно-апоневротическом слое зарегистрирована на цифрах 1,12±0,04 пг/мл, 1,4±0,09 пг/мл и 1,6±0,13 пг/мл, соответственно.

В экспериментальной группе исследования с мышечно-апоневротической пластикой в сыворотке крови, отмечено увеличение уровня ФНО-α, IFN-γ и ИЛ-10 с первых суток. Степень изменений в сравнении с контрольными данными носил значимый характер и отмечался во всех контрольных точках (р<0,05), достигая пика на 10-е, сутки.

В группе с пластикой сетчатым имплантатом, в сыворотке крови, зафиксированы повышенная продукция ФНО-α, IFN-γ (р<0,05) и снижение показателей ИЛ-10 относительно группы контроля (р<0,05), достигая наивысшую точку на 10-е сутки эксперимента.

При сравнении показателей цитокинов 1-й и 2-й группах на 1-е, 10-е и 30-е сутки с момента операции отмечены статистически значимые различия (р<0,05), практически по всем измерениям и отражена в таблице 1.

 

Таблица 1. Концентрация цитокинов в сыворотке крови, пг/мл (M±m)

Table 1. Concentration of cytokines in blood serum, pg/ml (M±m)

Показатель/ Index

Этап/ Stage

1 группа/1st group (n=9)

2 группа/2nd group (n=9)

ФНО-α

1-е сутки

9,8±0,12†

10,58±0,24†*

10-е сутки

13,2±0,39†

14,4±0,1†*

30-е сутки

11,66±0,26†

11,84±0,17†

IFN-γ

1-е сутки

11,68±0,28†

11,65±0,23†

10-е сутки

15,14±0,32†

18,11±0,13†*

30-е сутки

16,56±0,22†

18,03±0,04†*

ИЛ-10

1-е сутки

8,56±0,1†

0,73±0,09†*

10-е сутки

13,16±0,07†

6,3±0,12†*

30-е сутки

11,1±0,2†

3,75±0,17†*

Примечание: † - значимая разница данных с группой контроля (p<0,05); * - значимая разница данных с 1-й группой (p<0,05)

Note: † - significant difference in data with the control group (p<0,05); * - significant difference in data with group 1 (p<0,05)

 

Исследование экспрессии цитокинов в рубце свидетельствует, что после мышечно-апоневротической пластики отмечена гиперподукция ФНО-α и IFN-γ (р<0,05), относительно группы контроля. При этом, снижаются показатели противовоспалительного цитокина (р<0,05).

Полученные данные при торакопластике сетчатым имплантатом, так же указывает на гиперпродукцию провоспалительных цитокинов и снижении концентрации ИЛ-10 в рубце, относительно группы контроля (p>0,05).

Пиковая продукция цитокинов в обеих опытных групп зарегистрирована на 10-е сутки эксперимента. Разница между показателями цитокинов 1-й и 2-й групп статистически значима на 1-е, 10-е и 30-е сутки с момента операции (р<0,05) и отражена в таблице 2.

 

Таблица 2. Концентрация цитокинов в рубце, пг/мл (M±m)

Table 2. Concentration of cytokines in the rumen, pg/ml (M±m)

Показатель/ Index

Этап/ Stage

1 группа/1st group (n=9)

2 группа/2nd group (n=9)

ФНО-α

1-е сутки

2,7±0,13†

3,11±0,07†*

10-е сутки

5,91±0,1†

13,24±0,37†*

30-е сутки

4,16±0,17†

5,69±0,26†*

IFN-γ

1-е сутки

22,22±0,1†

24,03±0,09†*

10-е сутки

29,69±0,26†

38,51±0,27†*

30-е сутки

28,8±0,27†

29,07±0,16†*

ИЛ-10

1-е сутки

0,95±0,05†

2,37±0,2†*

10-е сутки

3,41±0,13†

3,78±0,14†*

30-е сутки

0,55±0,11†

1,34±0,04*

Примечание: † - значимая разница данных с группой контроля (p<0,05); * - значимая разница данных с 1-й группой (p<0,05)

Note: † - significant difference in data with the control group (p<0,05); * - significant difference in data with group 1 (p<0,05)

 

Сравнение показателей экспрессии провоспалительных цитокинов при торакопластике сетчатым имплантатом в сравнении с пластикой местными тканями установило статистически значимые различия в сторону увеличения (р<0,05) во всех точках контроля. При этом, снижение уровня цитокина ИЛ-10 при мышечно-апоневротической пластике в разы отличается от пластики имплантатом (р<0,05).

Изучение процессов, происходящих в грудной стенке и плевральной полости после пластики с синтетическим сетчатым имплантатом, показало, что на 10-е и 30-е сутки в биоптатах наблюдается морфологическая картина острого асептического воспаления, приводящая к развитию сращений между поверхностью легкого и грудной стенкой.

Обсуждение. Исследование подтвердило, что операция оказывает влияние на повышение системного уровня про- и противовоспалительных цитокинов во всех экспериментальных группах в ответ на хирургическое вмешательство. Выраженная системная продукция ФНО-α способствует быстрой регенерации раны, из-за способности данного цитокина вызывать генерацию активных форм кислорода фагоцитами, увеличивать секрецию простагландинов, оказывать хемотаксическое действие на различные клетки, обусловливать синтез белков острой фазы воспаления и активировать апоптоз поврежденных клеток [8, 9].

Экспрессия показателей цитокинов ФНО-α и IFN-γ в сыворотке крови и биоптате при различных способах операции носила равнонаправленный характер и значимо отличалась от контрольных данных, в сторону увеличения (p<0,05).

Однако при торакопластике сетчатым имплантатом отмечено снижение системной продукции ИЛ-10. Кроме того сетка снижала локальную продукцию противовоспалительного цитокина. Что по нашему мнению свидетельствует о локальной реактогенности полипропиленового имплантата. При этом, исследование локальной продукции ИЛ-10 в группе с мышечно-апоневротической пластикой, так же, выявило уменьшения в несколько раз концентрации противовоспалительного цитокина с первых суток (p<0,05).

Таким образом, согласно полученным нами данных, оперативное вмешательство на грудной стенке приводит к увеличению уровня провоспалительных цитокинов с первых суток, что свидетельствует о системной воспалительной реакции. При этом выработка противовоспалённого ИЛ-10 фиксировался на значениях ниже контрольных. Что свидетельствует, по нашему мнению о снижении супрессивной активности цитокина в подавлении местной и системной воспалительной реакции.

Заключение. Проведенное экспериментальное исследование выявило, что применение сетчатого эндопротеза при восстановлении дефекта каркаса грудной клетки вызывает более выраженную системную и локальную продукцию цитокинов ФНО-α, IFN-γ и снижает выработку ИЛ-10.

 

 

 

 

Дополнительная информация

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии у них конфликта интересов.

Conflict of interests. The authors declare that there is not conflict of interests.

 

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Financial support. No financial support has been provided for this work.

×

About the authors

Sergei Belov

Приморский краевой противотуберкулёзный диспансер, Владивосток

Author for correspondence.
Email: sur_belove@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5325-2891
SPIN-code: 6588-1047
ResearcherId: C-7576-2019

к.м.н., торакальный хирург 4-го легочного хирургического отделения

Russian Federation, 690041, г. Владивосток, ул. Пятнадцатая, д.2

Alexander А Grigoryuk

Pacific State Medical University

Email: aa_grig@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7957-5872
SPIN-code: 4321-6702
ResearcherId: C-8982-2019

candidate of medical science, associate professor of the department of Surgery Institute

Russian Federation, 690002, Vladivostok, Ostryakova str., 2.

References

  1. References
  2. Grigoryuk A.A., Belov S.A., Grigoryuk L.N. The Effect of Hyperlipidemia on the Local Content of Cytokines in the Zone of Implantation of Synthetic Materials. Journal of experimental and clinical surgery. 2018; 11(4): 285-290. (In Russ.) doi: 10.18499/2070-478X-2018-11-4-285-290
  3. Grigoryuk A.A., Turmova E.P., Belov S.A. Monitoring of the cytokine profile when applying resorbable explants used in abdominal plastics - experimental study. Bulletin of new medical technologies. 2013; 2: 37-41. (In Russ.)
  4. Kashtal'yan O.A., Ushakova L.Yu. Cytokines as a universal system of regulation. Medical News. 2017; 9: 3-7. (In Russ.)
  5. Sarbaeva N.N., Ponomareva Yu.V., Volova L.T. Activation of rat peritoneal macrophages on the surface of endoprostheses used for hernioplasty. Technologies of living systems. 2013; 10(8): 84-89. (In Russ.)
  6. Simbirtsev AS, Gromova A.Yu. Functional polymorphism of cytokine genes of regulatory molecules of inflammation. Cytokines and inflammation. 2005; 4(1): 3-10. (In Russ.)
  7. Milyakova M.N., Ponomareva Yu.V., Gribkova O.V., Sarbaeva N.N., Limareva L.V., Bogush V.V. Functional features of macrophages during interaction with implants for hernioplasty. Modern problems of science and education. 2016; 3: 189. (In Russ.) doi: 10.17513/spno.24856
  8. Chernushenko E.F., Kadan L.P., Panasyukova O.R. Petishkina N.V., Tsygankova L.M. Cytokines in the evaluation of the immune system in patients with pulmonary tuberculosis. Ukrainsky pulmonology journal. 2010; 2: 39-43. (In Ukr.)
  9. Barbarin V., Xing Z., Delos M., Lison D., Huaux F. Pulmonary overexpression of IL-10 augments lung fibrosis and Th2 responses induced by silica particles. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 2005 May; 288(5): L841-48. doi: 10.1152/ajplung.00329.2004
  10. Newton M.R., Askeland E.J., Andresen E.D., Chehval V. A., Wang X., Askeland R. W., O'Donnell M. A., Luo Y. Anti-interleukin-10R1 monoclonal antibody in combination with bacillus Calmette—Guerin is protective against bladder cancer metastasis in a murine orthotopic tumour model and demonstrates systemic specific anti-tumour immunity. Clinical and experimental immunology. 2014 Jul; 177(1): 261-68. doi: 10.1111/cei.1231

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) 2021 Belov S., Grigoryuk A.А.

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