The effect of hyperlipidemia on the local content of cytokines in the zone of implantation of synthetic materials

Full Text

За последние годы отмечен неуклонный рост лечения послеоперационных вентральных грыж у людей с избыточной массой тела. При ожирении брюшная стенка теряет свою прочность, снижаются регенераторные способности тканей, наблюдаются выраженные трофические нарушения, что приводит после операционных вмешательств к местным воспалительным осложнениям [1, 2].
Абдоминальная пластика с применением синтетических имплантатов является общепризнанным методом лечения вентральных грыж. Однако используя имплантаты, хирурги столкнулись с проблемой биосовместимости тканей и, как следствия этого, возникновением в ближайшем и отдаленном послеоперационном периоде сером, гематом, нагноений, свищей, кист, лизиса пластического материала и других осложнений [3].
Цитокины, как молекулы межклеточного взаимодействия регулируют функциональную активность клеток в очаге воспаления. Основными продуцентами цитокинов являются лейкоциты. Выраженность и длительность воспалительной реакции на эндопротез обусловлена преобладанием провоспалительных и недостатком противовоспалительных цитокинов. Дисбаланс в системе цитокинов у пациентов с ожирением и метаболическим синдромом негативно влияет на характер течения послеоперационного воспалительного процесса и осложняет послеоперационный прогноз [4, 5]. Разными исследователями описаны выраженные реактогенные свойства эндопротеза из политетрафторэтилена «Экофлон» [6, 7] и полипропилена «Эсфил» [8, 9] после абдоминальной пластики у больных с вентральными грыжами. Однако в литературе не освещено влияние гиперлипидемии на локальную продукцию цитокинов, изучение же молекул межклеточного взаимодействия позволит прогнозировать ответ организма на имплантацию чужеродного материала у пациентов с избыточной массой тела.
Исходя из изложенного, цель исследования состояла в изучении влияния гиперлипидемии на локальное содержание цитокинов у крыс после проведения реконструктивного моделирования передней брюшной стенки с использованием эндопротезов из полипропилена «Эсфил» и политетрафторэтилена «Экофлон».
Материалы и методы
Работа выполнена на крысах-самцах линии Вистар массой 250±50 грамм (n=54), полученных из вивария Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН. Эксперимент проводился с соблюдением требований Европейской конвенции (Страсбург, 1986) по содержанию, кормлению и уходу за подопытными животными, а также выводу их из эксперимента и последующей утилизацией. В постановке опытов руководствовались требованиями Всемирного общества защиты животных (WSPA) и Европейской конвенции по защите экспериментальных животных. Для развития гиперлипидемии использовали метод [10], диета заключалась в добавлении в корм порошка холестерина в количестве 1 %, 20 % маргарина и 2,5 МЕ витамина D на 1 кг массы тела крыс в течение 6 месяцев.
Пластика передней брюшной стенки проводилась 8 месячным животным Onlay-способом с использованием имплантатов «Эсфил» и «Экофлон», размером 1,0х1,0 см. Животные были распределены на 6 групп (по 9 крыс в каждой): 1-я и 2-я – крысы на обычном рационе с аллопластикой передней брюшной стенки с помощью имплантатов «Эсфил»; и «Экофлон»; 3-я и 4-я – крысы на высокожировой диете в течение 5 мес с аллопластикой имплантатами «Эсфил» и «Экофлон»; 5 группа – крысы на обычном рационе с мышечно-апоневротической пластикой; 6 группа (контроль)– интактные животные на обычном рационе. Материалом исследования служили: плазма крови и биоптаты мышечно-апоневротического рубца передней брюшной стенки крыс.
Определение содержание общего холестерина (ОХ); триглицеридов (ТГ); альфа-липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) проводили с помощью стандартного колориметрического метода с использованием реагентов «Ольвекс диагностикум» (Россия). Коэффициент атерогенности (КА) вычисляли по формуле: общий холестерин – ЛПВП /ЛПВП. Определение цитокинов IL-1β, IFN-γ, TNF-α, IL-10 производили методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием наборов: Rat«R&D Diagnostics Inc.», USA. Животных выводили из эксперимента на 1, 10 и 30 сутки с момента имплантации. Для математической обработки полученных данных использовали программу StatPlus 2009. Результаты выражали в виде медианы, верхнего и нижнего квартилей. Сравнение средних значений в выборках осуществляли с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни.
Результаты и их обсуждение
При исследовании липидного спектра у крыс на высокожировой диете (3 и 4 групп) установлено увеличение уровня OX, ТГ, ЛПНП, КА, определялось снижение ЛПВП, по сравнению с показателями животных на обычном рационе (р<0,05) (табл.1).
Выявленные изменения подтверждают выраженные нарушения липидного обмена у крыс с атерогенной диетой. Различий в показателях липидного профиля в зависимости от применяемого имплантата зарегистрировано не было.
Источником выработки IL-1β при повреждении в основном являются макрофаги. Однако этот цитокин также могут активно продуцировать В-лимфоциты, эндотелиальные клетки и фибробласты. IL-1β стимулирует синтез в печени белков острой фазы воспаления, участвует в патогенезе лихорадки, оказывает иммуностимулирующее действие [11].
Изучение уровня IL-1β свидетельствовало, что оперативное вмешательство способствовало увеличению его значений во всех группах (p<0,05) (табл. 2). Анализ данных применения «Экофлона» в качестве эндопротеза в динамике после операции, установил, что уровень IL-1β был значительно выше, чем в группе крыс с применением «Эсфила», как в условиях гиперлипидемии так и без нее. При этом у животных, находящихся на обычном рационе, с аллопластикой «Экофлоном» уровень IL-1β был наиболее высоким на протяжении всего послеоперационного периода, достигая максимума на 10 сутки и оставаясь значительно выше, чем в исследуемых опытных и контрольных группах к 30 суткам после операции. Однако у крыс с гиперлипидемией при применении «Экофлона» значения цитокина были ниже, чем у животных без гиперлипидемии (p<0,05). При этом у животных с гиперлипидемией наблюдалось более выраженное снижение уровня цитокина с первых к 30 суткам после аллопластики «Экофлоном». Определено, что эндопротезирование «Эсфилом» не оказывало значимого влияния на изменение локального уровня IL-1β (р>0,05). Не было установлено различий в локальном содержании цитокина у крыс с применением «Эсфила» и в зависимости от наличия гиперлипидемии (р>0,05).
TNF-α, как и IL-1β синтезируется разными типами клеток: макрофагами, Т-лимфоцитами, эндотелиальными клетками. Он участвует в активации нейтрофилов, В-лимфоцитов, преимущественно Т-хелперов 1 типа (увеличивает выработку ими IL-2 и IFN-γ), макрофагов (увеличивает выработку ими IL-1 и IL-6), индуцирует синтез свободных кислородных радикалов, увеличивает экспрессию молекул адгезии на лейкоцитах и клетках эндотелия, повышает сосудистую проницаемость и миграцию лейкоцитов из сосудистого русла в очаг воспаления, тормозит апоптоз воспалительных клеток [5].
Оценка уровня TNF-α установила, что при оперативном вмешательстве происходило значительное увеличение значений цитокина преимущественно на 10 сутки после операции во всех группах (p<0,05) (табл. 2). Определено, что при применении эндопротезов показатели TNF-α оставались высокими к 30 суткам послеоперационного периода во всех группах эксперимента (p<0,05). У животных, с применением эндопротезов, находящихся на обычном рационе значения цитокина были существенно выше, чем у крыс с гиперлипидемией и контрольными крысами (р<0,05). В условиях гиперлипидемии у животных с протезированием «Экофлоном» показатели TNF-α были выше чем у крыс с «Эсфилом» на протяжении всего послеоперационного периода (р<0,05).
Известно, что IFN-γ. продуцируется активированными Т-клетками и естественными киллерами (NK), является локальным кофактором в направлении дифференцировки CD4+Th0–клеток в Т-хелперы 1 типа (Th1) [10]. Он является сильным активатором макрофагов, их деструктивных функций (выделения кислородных радикалов, оксида азота, гидролитических ферментов) по типу реакции «гиперчувствительности замедленного типа» с формированием гранулематозного воспалительного очага. Кроме этого IFN-γ активирует NK клетки, индуцирует экспрессию на макрофагах и гладкомышечных клетках белков МНС-I и МНС-II, липопротеиновых рецепторов на гладкомышечных клетках [12].
При анализе динамики содержания IFN-γ также установлено, что операция способствовала увеличению локальной экспрессии цитокина в динамике после ее проведения (табл. 2). При эндопротезировании «Экофлоном» (2 и 4 опытные группы) его уровень в рубце был более высоким, чем при аллопластике «Эсфилом» (группы 1 и 3). При этом наиболее выраженная реактогенность политетрофторэтилена отмечалась группе крыс без гиперлипидемии. Гиперлипидемия способствовала снижению реактогенных свойств обоих эндопротезов. При этом не было выявлено статистически значимых отличий уровня IFN-γ у крыс с гиперлипидемией при аллопластике полипропиленом от группы животных, которым проводилась мышечно-апоневротическая пластика без применения эндопротезов. Интерлейкин-10 – это цитокин с выраженными противовоспалительными свойствами. Его продуцируют в основном Т-клетки и моноциты. IL-10 снижает активность макрофагов, уменьшает продукцию провоспалительных цитокинов (IL-1β, TNF-α, IFN-γ) Т-клетками и моноцитами [4]. У животных, находящихся на обычном рационе, которым проводилось эндопротезирование – значения цитокина IL-10 были наиболее высокими. При гиперлипидемии у крыс, прооперированных с применением эндопротезов продукция цитокина на протяжении всего послеоперационного периода была ниже, чем у животных без гиперлипидемии (p<0,05) (табл. 2). Установлены особенности влияния эндопротезирования на локальный уровень интерлейкина IL-10. При аллопластике «Эсфилом», как в группе животных, находящихся на обычном рационе, так и с гиперлипидемией отмечалось увеличение локальной продукции IL-10 с 1 по 10 сутки после операции с резким снижением уровня цитокина к 30 суткам. При этом локальный уровень IL-10 у крыс с применением «Эсфила» в 1 и 10 сутки после операции был выше, чем у животных с применением «Экофлона», вне зависимости от наличия или отсутствие у них гиперлипидемии (p<0,05). При эндопротезировании «Экофлоном» динамика изменения содержания IL-10 варьировала в зависимости от жировой нагрузки на организм животного. Оценка содержания IL-10 при мышечно-апоневротической пластики без эндопротезирования не выявила его значимых изменений по сравнению с группой контроля (р>0,05).
При проведении анализа отношения IFN-γ/ IL-10 в группах крыс установлено, что при применении «Экофлона» оно было значительно выше, чем в группах с применением «Эсфила», что характеризует преимущественную активацию политетрофторэтиленом функциональной активности Т-хелперов 1 типа (табл. 3). При гиперлипидемии определялось усиление этих свойств политетрофторэтилена с 10 по 30 сутки после эндопротезирования. При применении полипропилена в качестве эндопротеза у крыс с гиперлипидемией, напротив, определялось уменьшение значений отношения IFN-γ/IL-10 в динамике после операции, что характеризует его влияние на активацию функциональной активности Т-хелперов 2 типа.
Выводы
Таким образом, в ходе настоящего экспериментального исследования зарегистрировано, что гиперлипидемия способствует угнетению функциональной активности иммунокомпетентных клеток, а именно – подавлению в очаге воспаления продукции ими про- и противовоспалительных цитокинов.
Имплантаты, используемые при реконструкции передней брюшной стенки, имеют индивидуальные особенности влияния на локальную продукцию цитокинов. «Экофлон» обладает более выраженной реактогенностью, проявляющейся гиперпродукцией провоспалительных цитокинов с 10 по 30 сутки. «Эсфил» характеризуется менее выраженным влиянием на локальную провоспалительную активность клеток в динамике после аллопластики, по сравнению с применением «Экофлона». При применении «Эсфила» стимулируется активность T-хелперов 2 типа, увеличивается локальная продукция ими противовоспалительного IL-10, что способствует контролированию чрезмерной провоспалительной активности лейкоцитов в месте проведения операции.

About the authors

Alexander Anatolievich Grigoryuk

Pacific State Medical University

Author for correspondence.
Email: aa_grig@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7957-5872
SPIN-code: 4321-6702

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

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

Sergei Anatolievich Belov

Seaside regional antituberculous dispensary

Email: sur_belove@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5325-2891
SPIN-code: 6588-1047

candidate of medical science, thoracic surgeon of the 4th pulmonary surgical department

Russian Federation, 690041, Vladivostok, ul. Fifteenth, 2.

Liliya Nikolaevna Grigoryuk

Medical Center "Asklepiy"

Email: aa_grig@mail.ru

doctor

Russian Federation, 690033, Vladivostok,3B Gamarnika str.

References

Supplementary files