Разработка и экспериментальное исследование нового сетчатого эндопротеза для экстракардиального моделирования сердца

Актуальность проблемы.

Многие заболевания, такие как ишемическая кардиомиопатия, дилатационная идиопатическая кардиомиопатия, клапанная, метаболическая и воспалительная патологии могут приводить к развитию хронической сердечной недостаточности. Конечным итогом этих процессов является ремоделирование сердца, проявляющееся гибелью кардиомиоцитов, дилатацией полостей и снижением насосной функции. «Золотым стандартом» лечения пациентов с терминальной стадией хронической сердечной недостаточности на сегодняшний день является трансплантация сердца. Однако этот метод лечения пока не может получить достаточно широкого распространения из-за дефицита донорских органов и весьма значительных затрат, связанных с обеспечением самой операции и послеоперационного периода.

На протяжении последних десятилетий с целью улучшения функции сердца и обратного моделирования левого желудочка были предложены несколько хирургических методик (Ильинский И.М., 2001; Шумаков В. И. и соавт., 2003; Шумаков В. И. и соавт., 1990). К ним относятся парциальная вентрикулэктомия левого желудочка (операция Batista), динамическая кардиомиопластика (миовентрикулопластика), методы вспомогательного кровообращения и протезирование митрального клапана для уменьшения митральной регургитации.

Опыт применения данных методик дал толчок к развитию нового поколения приспособлений, направленных на предотвращение прогрессивной дилатации и восстановление формы левого желудочка путём пассивного механического сдерживания его слабости, адинамической кардиомиопластики (Labrousse L. et al., 2007; Livi U. et al., 2005). Одним из немногих подобных приспособлений является экстракардиальный сетчатый каркас «СогСар» американской компании «Acorn Cardiovascular, St. Paul,.

MN", изготовленный из полиэтилена терефталата. Экспериментальные и клинические испытания по имплантации экстракардиального сетчатого каркаса «СогСар» показали отсутствие констриктивного процесса и хорошие отдалённые результаты. На сегодняшний день экстракардиальный каркас «СогСар» до сих пор проходит этап клинических исследований. Тем не менее, экстракардиальное моделирование сердца остаётся одним из перспективных направлений органосохраняющих методов лечения заболеваний сердца с синдромом застойной сердечной недостаточности (Sabbah H.N., 2005).

В РНЦХ им. акад. Б. В. Петровского РАМН группой учёных во главе с акад. Б. А. Константиновым и д.м.н. A.B. Коротеевым был разработан и применён в клинике экстракардиальный сетчатый каркас, изготовленный из протеза Gelweave («Vascutek», Великобритания). Имплантация данного экстракардиального сетчатого каркаса позволила увеличить продолжительность жизни больных, улучшить их функциональное состояние более чем на один класс по классификации сердечной недостаточности Нью-Йоркской кардиологической ассоциации, предотвратить прогрессирование дилатации сердца, повысить насосную функцию левого желудочка (Константинов Б.А. и соавт., 2006; Коротеев A.B. и соавт., 2008). Однако необходимо отметить, что методика изготовления выше указанного эндопротеза является достаточно трудоёмкой и не получила пока широкого распространения. Поэтому, исследования, направленные на создание новых видов эндопротезов, еще длительное время будут актуальны.

Цель исследования.

Разработать новый сетчатый эндопротез для экстракардиального моделирования сердца и провести его испытания в эксперименте.

Задачи исследования.

1. Создать сетчатый эндопротез для экстракардиального моделирования сердца.

2. Разработать и применить в эксперименте методику операции по имплантации данного экстракардиального эндопротеза на сердце животных.

3. Провести прижизненную оценку влияния вновь образованной в зоне имплантации соединительной ткани на сократительную функцию миокарда.

4. Определить площадь спаечного процесса в зоне имплантации эндопротеза при использовании различных вариантов его покрытия («Фторэкс» и «ЭластоПОБ®-») и провести сравнительную оценку морфологических характеристик вновь образованной соединительной ткани в различные сроки с момента имплантации.

Научная новизна.

Впервые в отечественной практике создан по принципу вязания основы сетчатый эндопротез для экстракардиального моделирования сердца. Разработана и успешно апробирована в эксперименте методика имплантации данного экстракардиального эндопротеза на лабораторных животных.

Проведена прижизненная оценка сократительной функции миокарда экспериментальных животных и подтверждено отсутствие негативного влияния эндопротеза и вновь образованной в зоне имплантации соединительной ткани на систолическую и диастолическую функцию сердца.

Доказано, что лавсановые эндопротезы обладают биологической совместимостью с организмом экспериментального животного. Об этом свидетельствуют отсутствие послеоперационных осложнений, миграции и смещения эндопротезов из зон фиксации, а также образование зрелой соединительной ткани, прорастающей в структуру эндопротеза.

Доказано, что при использовании эндопротезов, покрытых биодеградируемой мембраной «ЭластоПОБ"®-, распространённость спаечного процесса в полости перикарда статистически достоверно меньше.

Практическая значимость.

В результате проведенной работы получены данные, подтверждающие возможность дальнейшего использования разработанных эндопротезов в клинических условиях.

Положения, выносимые на защиту.

1. Созданный по принципу вязания основы сетчатый экстракардиальный эндопротез по своим структурно-механическим характеристикам соответствует основным медико-техническим требованиям, предъявляемым к имплантируемым синтетическим материалам.

2. Разработанная методика имплантации сетчатого эндопротеза в эксперименте позволяет максимально эффективно моделировать эндопротез и минимизировать интраоперационную травму.

3. Лавсановый эндопротез является биосовместимым медицинским изделием, способствующим образованию соединительно-тканного каркаса в зоне имплантации, не оказывающего негативного влияния на сократительную функцию сердца.

4. Применение в качестве покрытия эндопротеза биодеградируемой мембраны «ЭластоПОБ"®значительно уменьшает распространенность спаечного процесса в зоне имплантации синтетического материала.

Апробация работы.

Апробация работы состоялась 25 марта 2010 года на заседании научной конференции клинических и лабораторных подразделений ФГУ «ФНЦТ и ИО им. академика В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва.

Материалы доложены и обсуждены на XIV Ежегодной сессии НЦ ССХ им. А. Н. Бакулева РАМН с Всероссийской конференцией молодых ученых, г. Москва, 2010 г.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста, состоит из списка сокращений, введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы. Работа содержит 39 рисунков, 20 таблиц.

Список литературы

включает 102 источника, из них 31 отечественных и 71 иностранных работ.

Публикации.

По теме проведенного исследования опубликовано 6 работ в виде статей и тезисов в журналах и сборниках конференций, 2 работы в журнале, рекомендованным ВАК Минобразования РФ.

109 ВЫВОДЫ.

1. Созданные по принципу вязания основы сетчатые лавсановые экстракардиальные эндопротезы с различными вариантами композитного покрытия обладают оптимальными структурно-механическими характеристиками, которые соответствуют основным медико-техническим требованиям.

2. Разработанная методика операции имплантации сетчатого экстракардиального эндопротеза на сердце лабораторного животного позволяет минимизировать интраоперационную травму и максимально эффективно моделировать экстракардиальный синтетический материал.

3. Вновь образованный соединительно-тканный каркас в зоне имплантации эндопротеза достоверно не влияет на сократительную функцию сердца экспериментальных животных.

4. При использовании сетчатого лавсанового эндопротеза, покрытого биодеградируемым покрытием «ЭластоПОБ"®-, отмечается меньшая интенсивность и ранняя регрессия воспалительной тканевой реакции, заметно ускоренное формирование и созревание соединительной ткани, а также значительно меньшая распространенность спаечного процесса в зоне имплантации, по сравнению с однородными лавсановым эндопротезом и эндопротезом с фторполимерным покрытием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Достаточно обширный круг заболеваний может приводить к развитию хронической сердечной недостаточности, к ним относятся ишемическая кардиомиопатия, дилатационная идиопатическая кардиомиопатия, клапанная патология, метаболические и воспалительные заболевания. Конечным итогом большинства этих заболеваний является ремоделирование сердца, характеризующееся гипертрофией кардиомиоцитов и дилатацией полостей, приводящих к более сферической форме левого желудочка и снижению насосной функции сердца. Несмотря на значительный успех в медикаментозном лечении сердечной недостаточности она остаётся малоэффективной в предотвращении фатальных осложнений и в отсрочке развития критического состояния таких пациентов. «Золотым стандартом» лечения пациентов с терминальной стадией хронической сердечной недостаточности на сегодняшний день является трансплантация сердца. Однако этот метод лечения не может получить широкого распространения во-первых, в связи с дефицитом донорских органов, снижением уровня отдалённой выживаемости в результате васкулопатии трансплантата, инфекционных осложнений, возникновения злокачественных новообразований, а во-вторых в связи с весьма значительными затратами, связанными с обеспечением самой операции и послеоперационного периода.

В последние годы внимание исследователей привлекло новое поколение приспособлений, направленных на предотвращение прогрессирующей дилатации и восстановление формы ЛЖ путём пассивного механического сдерживания его слабости. Это так называемая адинамическая кардиомиопластика. Одним из таких приспособлений является экстракардиальный сетчатый каркас «СогСар» американской компании «Acorn Cardiovascular, St. Paul, MN», изготовленный из полиэтилена терефталата. Экспериментальные и клинические испытания имплантации экстракардиального сетчатого каркаса «СогСар» показали отсутствие констриктивного процесса и хорошие отдалённые результаты. Тем не менее применение экстракардиального сетчатого каркаса «СогСар» до сих пор находится на стадии исследования и поэтому не имеет широкого применения в клинике. Адинамическая кардиомиопластика остаётся одним из перспективных направлений органосохраняющих методов лечения заболеваний сердца с синдромом ХСН.

Целью настоящей работы было создание нового отечественного композитного эндопротеза для экстракардиального ремоделирования сердца и проведение его испытания в эксперименте.

Учеными ФГУ «ФНЦТ и ИО им. академика В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва совместно с сотрудниками ООО «ЛИНТЕКС» г. Санкт-Петербург был разработан и изготовлен новый сетчатый эндопротез, предназначенный для экстракардиального ремоделирования сердца. В качестве искусственных материалов при изготовлении эндопротеза были использованы сетки, выполненные на основе полиэфирных (лавсановых) нитей: «Линтекс — Эслан», «Линтекс — Фторэкс». Сетчатый эндопротез был изготовлен по принципу вязания основы в виде мешка, формой максимально приспособленной к анатомическому строению сердца человека. У эндопротеза можно выделить верхушку и основание. На основании эндопротеза располагался кисетный шнурок, предназначенный для фиксации эндопротеза по атриовентрикулярной борозде сердца. Всего было предложено пять различных размеров эндопротеза.

Разработанные экстракардиальные сетчатые эндопротезы «Эслан» и «Фторэкс» обладают хорошей биосовместимостью, соответствуют основным медико-техническим требованиям, предъявляемым к подобного рода изделиям. Эндопротезы прочны и эластичны, не теряют свои физические характеристики в тканях организма. Они легко моделируются, устойчивы к роспуску петельной структуры, их края не закручиваются. При моделировании сетчатых эндопротезов при помощи ножниц, они не распускаются и не осыпаются, полиэфирная комплексная нить не разделяется на отдельные филаменты. Механические и динамические свойства сетчатых эндопротезов, выполненных на основе полиэфирной комплексной нити, близки по параметрам, характеризующим прочность материалов, их эластичность. Механические и динамические свойства сетчатых эндопротезов «Эслан» и «Фторэкс» достоверно не отличаются (р > 0,05), и полученные результаты не позволяют отдать предпочтение какому-либо из исследованных материалов.

С целью защиты сетчатого эндопротеза как «инородного тела» от реактивного воздействия организма и улучшения его свойств биосовместимости в отделе по исследованию биоматериалов ФГУ «ФНЦТ и ИО им. академика В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ, г. Москва, возглавляемом д.б.н., профессором В. И. Севастьяновым, часть сетчатых эндопротезов «Эслан» была покрыта биодеградируемым материалом «ЭластоПОБ"®-. При визуальном осмотре образцы нового материала практически не отличались от стандартных лавсановых сеток. Под микроскопом каждый филамент сетки был погружен в «муфту» из биодеградируемого материала «ЭластоПОБ"®-.

Предполагалось, что преимущества вновь созданного образца должны основываться на сочетании высокой прочности и эластичности лавсанового армирующего каркаса, которые сохраняются в течение всей дальнейшей жизни реципиента, и исключительной биосовместимости покрытия из «ЭластоПОБ"®-. Подобная композиция своим присутствием «маскирует» синтетический материал, тем самым, позволяя минимизировать ответ организма на операционную и антигенную агрессию.

В проводимом экспериментальном исследовании в сравнительном аспекте изучались свойства биосовместимости новых отечественных сетчатых экстракардиальных эндопротезов «Эслан», «Фторэкс» и «Эслан» композитным покрытием «ЭластоПОБ®-».

Экспериментальное исследование производили на 20 беспородных собаках обоего пола, возрастом 4−5 лет, средний вес которых составил 20±1,5 кг, объединённых в три группы. 1-ю группу составили 6 особей, которым был имплантирован сетчатый эндопротез «Эслан» сроком на 20 и 30 суток. Во 2-ю группу вошли 6 собак, которым был имплантирован сетчатый эндопротез «Фторэкс» сроком на 20 и 30 суток. И 3-ю группу — составили 8 собак, которым был имплантирован композитный эндопротез «Эслан+ЭластоПОБ"® сроком на 20, 30 и 60 суток (на 20 суток — трём собакам, на 30 суток — трём собакам, на 60 суток — двум собакам).

Одной из задач исследования была разработка и внедрение в экспериментальную практику операции имплантации сетчатого эндопротеза на сердце животных. Сотрудниками лаборатории подготовки и проведения экспериментальных исследований на базе экспериментального корпуса ФГУ «ФНЦТ и ИО им. академика В.И. Шумакова» Минздравсоцразвития РФ были разработаны и впоследствии выполнены 20 подобных операций. Техника оперативного вмешательства заключалась в следующем. В условиях общей анестезии подопытным животным выполнялась левосторонняя торакотомия в 4-м межреберье, вскрытие перикарда и ревизия сердца. На работающем сердце осуществлялась экстракардиальная имплантация стерильных эндопротезов путём дозированного выведения сердца в рану и натягивания эндопротеза на сердце от верхушки «по типу чулка» (размер 120×100мм).

Эндопротезы фиксировались несколькими узловыми швами нитью «Surgipro 4/0»: 4−6 узлов по атриовентрикулярной борозде с захватом эндопротеза по периметру, и один — узловой в области бессосудистого участка миокарда верхушки сердца. Осуществлялся тщательный гемостаз, дренажи устанавливались в полость перикарда и переднего средостения, перикард ушивался двумя узловыми швами толстой лавсановой нитью, и затем выполнялось послойное ушивание раны. Животные экстубировались на операционном столе. Дренажи из полости перикарда и переднего средостения удалялись через 2 часа после окончания хирургического вмешательства. Течение послеоперационного периода было гладким, каких-либо послеоперационных осложнений, связанных с имплантацией лавсановых эндопротезов, выявлено не было (у одной собаки на 5-е сутки выявлено нарушение целостности послеоперационной раны и было выполнено повторное ее ушивание).

Интраоперационные исследования центральной гемодинамики при помощи катетера Сван-Ганс показали, что у всех животных на первоначальных этапах операции до момента имплантации эндопротеза показатели гемодинамики были стабильными в нормальных пределах. Обращали внимание характерные для данного вида экспериментальных животных тахикардия и умеренная артериальная гипертензия. В период имплантации эндопротеза регистрировались достоверное снижение среднего артериального давления и сердечного выброса. Причиной изменений данных показателей центральной гемодинамики являлось выведение сердца в рану, его «вертикализация», что сопровождалось снижением кровенаполнения камер сердца и падением сердечного выброса. Возвращение сердца в рану приводило к приближению данных показателей к исходным значениям. Эпизоды гемодинамической нестабильности удовлетворительно переносились животными, не требовали назначения симпатомиметиков или какой-либо дополнительной инфузионной терапии.

Методы прижизненной оценки биосовместимости исследованных сетчатых эндопротезов, включающие ЭхоКГ на 20-е и 30-е сутки эксперимента (для эндопротеза «Эслан+ЭластоПОБ"® и 60-е сутки), показали хорошую их приживляемость. Так, ни в одном случае не было обнаружено следов жидкости в полости перикарда животных. Размеры ЛЖ практически не изменялись. Имплантация эндопротезов не оказала значительного влияния на систолическую функцию ЛЖ собак: ФВ ЛЖ сохранялась стабильной. Не было существенной динамики Peak Е и Peak, А и их соотношения РЕ/РА, что свидетельствовало об отсутствии серьезного влияния эндопротезов на диастолическую функцию ЛЖ.

При выводе животных из эксперимента в разные сроки после имплантации на сердце всех сетчатых эндопротезов визуально у собак не было обнаружено признаков их миграции относительно первоначального расположения, жидкости в полости перикарда также выявлено не было. Во всех случаях были отмечены множественные спайки между имплантированным эндопротезом и перикардом, локализованные преимущественно в области верхушки и ЛЖ сердца. Средняя суммарная площадь спаек зависела от вида сетчатого эндопротеза и сроков вывода животных из эксперимента. При визуальном осмотре сердец во всех случаях была выявлена инкапсуляция эндопротезов, предположительно соединительной тканью желто-розового цвета.

Анализируя гистологические данные особенностей приживления исследованных видов эндопротезов на сердце собак, можно отметить, что во всех наблюдениях часто регистрировались близкие по своим характеристикам тканевые реакции.

После имплантации всех исследованных эндопротезов на 20-е сутки с момента операции развивалась тканевая реакция в виде острого неспецифического воспаления с отёком и разобщением волокон окружающих имплантат тканей, нейтрофильной инфильтрацией, признаками перифокального воспаления с тромботическими изменениями кровеносных сосудов, сопровождающихся их полнокровием и очаговыми кровоизлияниями. Но в случаях использования эндопротезов «Фторекс» и «Эслан» вокруг элементов наблюдалось формирование рыхлой соединительной ткани с разнонаправленной ориентацией образующих её коллагеновых волокон, а в наблюдениях с применением «Эслан», обработанного биополимерным покрытием «ЭластоПОБ"®-, ориентация коллагеновых волокон была четкой, что свидетельствовало о большей степени «зрелости» данной соединительной ткани (сравнение групп по качественным признакам с использованием теста Хи-квадрат). Т. е. степень интенсивности воспалительной реакции на 20-е сутки в зоне имплантации эндопротезов была отчетливо выражена в случаях использования «Фторекс» и «Эслан» и умеренно выражена — в зонах имплантации композитного эндопротеза «Эслан+ЭластоПОБ"®.

На 30-е сутки с момента имплантации эндопротезов «Фторекс» и «Эслан» отмечено прогрессирующее созревание ранее незрелой соединительной ткани, что проявлялось различной степенью упорядочевания волокон и циркулярной их ориентацией вокруг филаментов. Это сопровождалось уменьшением интенсивности воспалительной реакции. О биологической совместимости исследуемых материалов свидетельствовали отсутствие миграции и смещения эндопротезов из зон фиксации, отсутствие послеоперационных осложнений и образование соединительно-тканной капсулы, прорастающей в структуру эндопротеза, что вызывало его редукцию. В случаях использования эндопротеза «Эслан» с покрытием «ЭластоПОБ®-» уже на данном этапе эксперимента отмечалась значительная степень зрелости соединительной ткани и стихание воспалительной реакции. Площадь спаечного процесса между эндопротезом и листками перикарда в случаях использования сетчатого композитного эндопротеза «Эслан+ЭластоПОБ"® в сравнении с эндопротезами «Фторэкс» и «Эслан» была достоверно меньше (площадь спаечного процесса на 30-е сутки после имплантации композитного эндопротеза «Эслан+ЭластоПОБ"® — 421,3±103,1 мм², «Фторэкс» — 1038±76,7 мм², «Эслан» — 1467.6±200.9 мм2, (mean+Std.Dev.) (р<0.05)).

Таким образом, не отдавая предпочтения какому-либо эндопротезу, необходимо отметить меньшую интенсивность и более раннюю регрессию воспалительной тканевой реакции (проявления отёка, выраженность лейкоцитарной инфильтрации), более раннее формирование и созревание соединительной ткани и значительно меньшую распространенность спаечного процесса в зоне имплантации композитного эндопротеза «Эслан+ЭластоПОБ"® по сравнению с однородными эндопротезами «Эслан» и «Фторекс».