Экспериментальная коррекция коллагеногенеза при использовании герниопротезов

Иванов С.В., Иванов И.С., Розберг Е.П., Тарабрин Д.В., Объедков Е.Г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ КОЛЛАГЕНОГЕНЕЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГЕРНИОПРОТЕЗОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ КОЛЛАГЕНОГЕНЕЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГЕРНИОПРОТЕЗОВ

Иванов С.В., Иванов И.С., Розберг Е.П., Тарабрин Д.В., УДК: 616-007.43-089.84.844-018

Объедков Е.Г.

Курский государственный медицинский университет, Курск

Резюме

В развитии вентральных грыж важнейшую роль играет нарушение колла-генового обмена, а именно, изменение соотношения типов коллагена. Созревание соединительной ткани в месте пластики можно ускорить препаратами «Оротат калия» и «Аскорбиновая кислота», обладающими коллагенстимулирующим эффектом. Это представляет особый интерес для улучшения процессов организации соединительной ткани в области эндопротеза при лечении пациентов с вентральными грыжами.

Экспериментальное исследование выполнено на 146 особях белых мышей, которые были разделены на 3 группы в зависимости от использованного препарата. Животным 2-й группы в пищевой рацион добавлялся препарат «Оротат калия» из расчета 0,5 мг на одно животное в сутки; животным 3-й группы в корм добавляли аскорбиновую кислоту из расчета 0,2 мл на одно животное в сутки. Животные выводились из эксперимента на 7, 10, 30, 60, 90 сутки, и при помощи поляризационной микроскопии оценивали степень зрелости парапротезной капсулы.

Выявлено стимулирующее действие оротата калия и аскорбиновой кислоты на синтез коллагена после имплантации эндопротеза. К 90-м суткам соотношение коллагена I типа к III типу на фоне применения аскорбиновой кислоты составило 3,76, что в 1,62 раза больше по сравнению с 1 -й группой животных. В случае с применением оротата калия данное соотношение составило 3,44, что достоверно больше (р<0,05), чем в группе животных без применения препарата (2,31). Однако, достоверных отличий по соотношению типов коллагена между группами животных 2 и 3 на протяжении всего эксперимента не получено, что объясняет их равное действие на динамику созревания парапротезной капсулы.

Ключевые слова: оротат калия, аскорбиновая кислота, вентральные грыжи, коллаген I и III типа.

EXPERIMENTAL CORRECTION OF COLLAGENOGENESIS WITH USING ^A HERNIOPROSTHESIS

Ivanov S.V., Ivanov I.S., Rosberg E.P., Tarabrin D.V., Objedkov E.G.

In the development of ventral hernias is crucial violation of collagen metabolism, namely the change in the ratio of collagen types. Maturation of connective tissue at the site may be accelerated plastics drugs "Orotate potassium" and "Ascorbic acid" having stimulating collagen effect. This is of particular interest to improve the processes of the organization of the connective tissue in the area of the implant for the treatment of patients with ventral hernias.

The experimental study was performed on 146 individuals of white mice, which were divided into 3 groups, depending on the fact that use of the drug. The animals in group 2 was added to the diet drug "Orotate potassium" at the rate of 0.5 mg per animal per day; animals of group 3 were added to the feed rate of ascorbic acid, 0.2 ml per animal per day. Animals were removed from the experiment on the 7, 10, 30, 60, and 90 hours by means of polarization microscopy assessed maturity paraprotesis capsule.

As a result of the research, we revealed the stimulating effect of potassium orotate and ascorbic acid on collagen synthesis after prosthesis implantation. By the 90 th day the ratio of collagen type I to type III against the background of the use of ascorbic acid was 3.76, in 1.62 times more than in the 1st group of animals. In case of using potassium orotate this ratio was 3.44, which was significantly greater (p < 0.05) than animals in the group without the drug (2.31). However, significant differences in the relation between animal collagen types 2 and 3 groups throughout the experiment is not obtained, which explains their equal effect on the dynamics of maturation paraprotesis capsule.

Keywords: potassium orotate, ascorbic acid, ventral hernia, collagen type I and III, Parietene ProGrip.

Вентральные грыжи передней брюшной стенки являются актуальной проблемой современной гернио-логии. До 26,8% выполняемых операций приходится на вентральные грыжи [3, 7]. Используемые при герниопла-стике эндопротезы могут вызывать в области импланта воспалительную реакцию, реакцию отторжения материала, образование сером, нагноение. Все это ухудшает и препятствует нормальному синтезу соединительной ткани [4, 5, 12, 14].

Известно, что в развитии вентральных грыж важнейшую роль играет нарушение коллагенового обмена, которое в свою очередь приводит к дисгенезу зрелой соединительной ткани. По мнению ряда авторов нарушение коллагенового обмена является причиной возникновения грыж передней брюшной стенки [2, 4, 9, 11]. Различают множество видов коллагена. Особое значение следует выделить коллагену I и III типов, участвующих в формировании соединительной ткани и влияющих на прочность передней брюшной стенки. Изменение соотношения типов коллагена, в подавляющем случае, ведет к образованию грыж передней брюшной стенки, т.к. происходит снижение прочности и нарушение структуры апоневроза

[8, 10, 13]. Созревание соединительной ткани в месте пластики можно ускорить препаратами, улучшающими метаболизм в тканях, и стимуляторами регенерации. Одними из таких препаратов являются «Оротат калия» и «Аскорбиновая кислота», активизирующие репаративные и метаболические процессы в тканях [1, 6, 14].

Использование фармакологических препаратов, оптимизирующих синтез коллагена при эндопротезиро-вании вентральных грыж, представляет особый интерес для улучшения процессов организации соединительной ткани в области эндопротеза.

Цель: сравнить динамику синтеза коллагеновых волокон в парапротезной капсуле в области эндопротеза «Parietene ProGrip» на фоне использования препаратов «Оротат калия» и «Аскорбиновая кислота» в эксперименте.

Материалы и методы

Экспериментальное исследование выполнено на 146 особях половозрелых белых мышей. Все животные проходили карантин в условиях НИИ экологической

16

Иванов С.В., Иванов И.С., Розберг Е.П., Тарабрин Д.В., Объедков Е.Г. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ КОЛЛАГЕНОГЕНЕЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГЕРНИОПРОТЕЗОВ

медицины Курского государственного медицинского университета. Распределение животных по экспериментальным группам представлено в табл. 1.

Всем животным в стерильных условиях под эфирным наркозом выполняли разрез кожи на передней брюшной стенки и формировали карман. Далее имплантировали эндопротез «Parietene ProGrip» размерами 0,5 X 0,5 см на мышцы передней брюшной стенки, имитируя пластику «OnLay». Фиксация эндопротеза не производилась. Животным 2-й группы в пищевой рацион добавлялся препарат «Оротат калия» из расчета 0,5 мг на одно животное в сутки; животным 3-й группы в корм добавляли аскорбиновую кислоту из расчета 0,2 мл на одно животное в сутки.

Parietene™ ProGrip (Производство Covidien Sofradim, Франция) представляет собой полурассасывающуюся самофиксирующуюся композиционную сетку, которая состоит из 50% полипропилена и 50% рассасывающейся полимолочной кислоты, которые образуют микрокрючки, обуславливающие эффект самофиксации. Масса сетки до рассасывания полимолочной кислоты 80 г/м2. После рассасывания - 40 г/м2, средний размер пор - 1,7 мм.

Животные выводились из эксперимента на 7, 10, 30, 60, 90 сутки.

Для получения макропрепарата брали участки передней брюшной стенки с частью эндопротеза размерами 1,0 X 1,0 см и помещали в 10% раствор формалина. В дальнейшем препараты заливали в парафиновые блоки, делали срезы 6-7 мкм и окрашивали пикросириусом красным (Sirius Red).

Полученные стекла исследовались при помощи поляризационного микроскопа Altami Polar 2. Соотношение типов коллагена оценивали в программе ImageJ Pro по цветовой гистограмме.

В области капсулы эндопротеза производили оценку типов коллагена. Определение соотношения типов коллагена оценивали по цветовой гамме, характеризующей каждый тип и его переходную форму. Так, красный цвет соответствует коллагену I типа, зеленый - III тип. Высчитывались абсолютные значения красного и зеленого цветов спектра с помощью визуально-программных комплексов. В дальнейшем абсолютные величины переводились в относительные с использованием стандартного отклонения и рассчитывали коэффициент соотношения коллагена I типа к III.

Статистическую обработку выполняли с помощью приложения Microsoft Excel-2013, Statistica 6.0. Вычисляли средние величины количественных показателей (М), стандартное отклонение (m), коэффициент Стьюдента.

Результаты исследования

Для определения степени зрелости и коллагенового состава парапротезной капсулы необходимо изучение соотношения типов коллагена. Для изучения степени зрелости соединительнотканной парапротезной капсулы необходимо сравнение процентного содержания коллагенов I и III типов.

Табл. 1. Распределение лабораторных животных по группам эксперимента

Группы Количество животных/сутки

7 10 30 60 90

1 - Parietene ProGrip 10 8 9 10 10 47

2 - Parietene ProGrip + ОК 10 10 9 10 10 49

3 - Parietene ProGrip + вит. С 10 10 10 10 10 50

Всего 146

При экспериментальном исследовании соотношения типов коллагена в соединительнотканной капсуле нами выявлены достоверные отличия в зависимости от использования фармакологических препаратов и сроками наблюдения.

При оценке соотношения коллагена I и III типов в парапротезной капсуле, ее структуры, динамики коллаге-ногенеза в группах эксперимента 1, 2, 3 на 7-е, 10-е сутки достоверных отличий получено не было (р > 0,05). Данное явление объясняется коротким временным интервалом и переходом фазы альтерации в пролиферацию. Следует отметить, что капсула во всех исследуемых группах тонкая, имеющая участки черного цвета. Это свидетельствует об отсутствии плотной волокнистой ткани в своей структуре. В видимой части капсулы визуализируется цветовая гамма зеленого спектра, что характерно для незрелой соединительной ткани. Относительное содержание коллагена I типа на 10-е сутки в 1-й группе животных (без использования препаратов) составило 49,02 ± 1,37%. При использовании оротата калия и аскорбиновой кислоты в группах эксперимента 2 и 3, соответственно, достоверных отличий (р > 0,05) по процентному содержанию коллагена I типа не получено (51,13 ± 1,41% и 50,11 ± 1,69%). Соотношение коллагена I и III типов в 1-й группе составило 0,96, во 2-й группе - 1,04, в 3-й группе - 0,94 (табл. 2).

При поляризационной микроскопии препаратов, полученных на 30-е сутки эксперимента при использовании препарата «Оротат калия», соотношение типов коллагена достоверно больше (р < 0,05) по сравнению с 1-й группой и составило 1,92 и 1,36, соответственно. Па-рапротезная капсула, на данном сроке сформированная, имеет плотное строение, выполнена преимущественно плотной волокнистой соединительной тканью. Следует отметить преобладание тонов красного цвета в капсуле, характеризующее явное превалирование коллагена I типа над III типом в сравнении с предыдущими сроками.

Парапротезная капсула при использовании препарата «Аскорбиновая кислота» на 30-е сутки эксперимента выполнена преимущественно плотной волокнистой соединительной тканью, состоящей из коллагена I типа. Соотношение типов коллагена составило 1,97, что в 1,44 раза выше по сравнению с 1-й группой животных. Однако, достоверных отличий (р > 0,05) по соотношению типов коллагена в 2-й и 3-й группах нами не выявлено (соотношение типов коллагена во 2-й группе - 1,92, в 3-й - 1,97).

Иванов С.В., Иванов И.С., Розберг Е.П., Тарабрин Д.В., Объедков Е.Г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ КОЛЛАГЕНОГЕНЕЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГЕРНИОПРОТЕЗОВ

При исследовании гистологических препаратов на 60-е сутки эксперимента соотношение типов коллагена в парапротезной капсуле при использовании аскорбиновой кислоты составило 3,03, что достоверно больше (р < 0,05) в сравнении с 1-й группой животных (1,96). В случае с применение оротата калия данное соотношение составило 2,94, что 1,5 раза больше по сравнению с группой животных, препараты которым в кормовой рацион не вводились. Из вышесказанного следует, что применение препаратов в группах животных 2 и 3 достоверно повышает показатели соотношения типов коллагена в околопротезных тканях. Данное обстоятельство свидетельствует об ускорении созревания коллагеновых фибрилл и их структурной организации. Следует отметить, что в группе животных, в кормовой рацион которых добавлялся оротат калия, капсула в своей структуре имеет меньшее количество «рыхлых» участков в сравнении с 1-й и 3-й группами исследования. Это объясняется непосредственным действием препарата «Оротат калия» на формирование поперечных водородных связей между коллагеновыми фибриллами, что особо важно для формирования прочного послеоперационного рубца.

К 90-м суткам эксперимента при поляризационной микроскопии гистологических препаратов отмечаются максимальные относительные значения коллагена I типа в сравнении с предыдущими сроками. В 1-й группе эксперимента на I тип коллагена приходится 69,83 ± 1,26%, во 2-й группе - 77,49 ± 0,87%, в 3-й группе - 79,01 ± 0,95%. Следует отметить продолжающуюся тенденцию воздействия препаратов на модификацию процесса синтеза коллагена, заключающегося в достоверно больших (р < 0,05) показателях соотношения типов коллагена по сравнению с предыдущими сроками (табл. 2). Однако, соотношения типов коллагена во 2-й (3,44) и 3-й (3,76) группах достоверных отличий на одинаковых сроках не имеют (р > 0,05).

Следует обратить внимание на наличие «рыхлых» участков в парапротезной капсуле (рис. 1).

Табл. 2. Соотношение коллагена I типа к III типу в области имплантации в зависимости от применения препаратов «Оротат калия» и «Аскорбиновая кислота»

Сутки Группы животных 10 сут. 30 сут. 60 сут. 90 сут.

1-я группа (Parietene ProGrip) 10 сут. 30 сут. 60 сут. 90 сут.

I тип коллагена (%) 49,02 57,63# 66,27# 69,83#

III тип коллагена (%) 50,98 42,37# 33,73# 30,17#

m (стандартное отклонение) ±1,37 ±1,17 ±1,34 ±1,26

Соотношение I /III ТК 0,96 1,36# 1,96# 2,31#

2-я группа (ParieteneProCrip+ОК) 10 сут. 30 сут. 60 сут. 90 сут.

I тип коллагена (%) 51,13 65,82*# 74,68*# 77,49*#

III тип коллагена (%) 48,87 34,18*# 25,32*# 22,51*#

m (стандартное отклонение) ±1,41 ±1,21 ±1,29 ±0,87

Соотношение I /III ТК 1,04 1,92*# 2,94*# 3,44*#

3-я группа (ParieteneProGrip+вит С) 10 сут. 30 сут. 60 сут. 90 сут.

I тип коллагена (%) 50,11 66,35*# 75,2*# 79,01*#

III тип коллагена (%) 49,89 33,65*# 24,8*# 20,99*#

m (стандартное отклонение) ±1,69 ±1,24 ±1,27 ±0,95

Соотношение I /III ТК 0,94 1,97*# 3,03*# 3,76*#

Примечание: * - р < 0,05, сравнение показателей типов коллагена 2-й и 3-й групп с 1-й группой на одинаковых сроках. # - р < 0,05 сравнение показателей типов коллагена между смежными сроками.

В группах животных, которым в кормовой рацион добавлялись препараты, отмечается меньшее количество дефектов и их размеры в сравнении с 1-й группой исследования. При сравнении структурных особенностей парапротезной капсулы 2-й и 3-й групп животных, можно говорить о лучшем течении процесса организации соединительной ткани в случае с применением препарата «Оротат калия», так как в структуре капсулы отмечается меньшее количество «рыхлых» участков. Исходя из этого, отмечается лучший эффект оротата калия на процесс синтеза колла-геновых волокон и их структурную организацию.

Рис. 1. Микроскопическая картина зоны имплантации протеза «Parietene ProGrip», 90-е сут. А - без применения препаратов; Б - с применением препарата «Оротат калия»; В - с применением препарата «Аскорбиновая кислота». Стрелками указаны «рыхлые» участки в парапротезной капсуле. Поляризационная микроскопия. Окраска Sirius Red. Ув. х 400

18

Иванов С.В., Иванов И.С., Розберг Е.П., Тарабрин Д.В., Объедков Е.Г. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ КОЛЛАГЕНОГЕНЕЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГЕРНИОПРОТЕЗОВ

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований, нами выявлено стимулирующее действие оротата калия и аскорбиновой кислоты на синтез коллагена после имплантации эндопротеза. К 90-м суткам соотношение коллагена I типа к III типу на фоне применения аскорбиновой кислоты составило 3,76, что в 1,62 раза больше по сравнению с 1-й группой животных. В случае с применением оротата калия данное соотношение составило 3,44, что достоверно больше (р < 0,05), чем в группе животных без применения препарата (2,31). Однако, достоверных отличий по соотношению типов коллагена между группами животных с использованием фармакологических препаратов на протяжении всего эксперимента не получено, что объясняет их равное действие на динамику созревания парапротезной капсулы.

7. Навид М.Н. Бесшовная имплантация комбинированного сетчатого эндопротеза Parietene(TM)ProGrip(TM) в хирургии паховых грыж : дис. ... канд. мед. наук / М. Н. Навид. - М., 2012. - 126 с.

8. Никитин В.Н. Возрастная и эволюционная биохимия коллагеновых структур / В.Н. Никитин, Е.С. Перский, Л.А. Утевская. - Киев : Наукова думка, 1977.

- 297 с.

9. Abnormal collagen I to III distribution in the skin of patients with incisional hernia / U. Klinge [et al.] // Eur. Surg. Res. - 2000. - Vol. 32, N 1. - P. 43-48.

10. Biochemical study of collagen in adult groin hernias / A. Pans [et al.] // J. Surg. Res.

- 2001. - Vol. 95. - P. 107-113.

11. Bode M. Characterisation of type I and type III collagens in human tissues / M. Bode ; Department of Clinical Chemistry. - Oulu : University of Oulu, 2000.

12. Donahue T.R. Collagenase and surgical disease / T.R. Donahue, J.R. Hiatt, R.W. Busuttil // Hernia. - 2006. - Vol. 10, 6. - P. 478-485.

13. Meta-analysis of self-gripping mesh (Progrip) versus sutured mesh in open inguinal hernia repair / S. Pandanaboyana [et al.] // Surgeon. - 2014. - Vol. 12, Issue 2.

- P. 87-93.

14. Mironov lu.V. Effect of pyridoxine, riboflavin, potassium orotate, folic and glutamic acids on the recovery of work capacity in sexually immature rats / Iu. V. Mironov, V.S. Iasnetsov // Farmakol. Toksikol. - 1985. - Vol. 48, N 4. - P. 110-112.

Литература

1. Аляутдин Р.Н. Фармакология / Р. Н. Аляутдин. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 704 с.

2. Анисимов В.Е. Оротовая кислота и перспективы ее лечебного применения / В.Е. Анисимов // Казан. мед. журн. - 1967. - № 6. - 73 с.

3. Бесфиксационная герниопластика при лечении послеоперационных вентральных грыж / М. Б. Кумуков [и др.] // Актуальные вопросы герниологии : материалы VIII конф. (Москва, 1-2 нояб. 2011 г.). - М., 2011. - С. 123-124.

4. Билич Г.Л. Влияние оротата калия на регенерацию легких / Г. Л. Билич, В. Н. Отмахов И.П. Зелди // Фармакологическая регуляция регенераторных процессов в эксперименте и клинике: межвуз. сб. - Йошкар-Ола, 1979. - С. 12-19.

5. Галимов О.В. Применение "стимулятора регенерации" при хирургическом лечении послеоперационных вентральных грыж / О. В. Галимов, Р. З. Мусин // Вестн. хирургии. - 2001. - Т. 160, № 4. - С. 84-86.

6. Гафаров Г.Н. Выбор синтетического материала для герниопластики (экспериментально-клиническое исследование): автореф. дис. ... канд. мед. наук / Г.Н. Гафаров. - Курск, 2015. - 155 с.

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

105203, г. Москва, ул. Нижняя Первомайская, 70 e-mail: nmhc@mail.ru

19