Введение к работе
Актуальность проблемы. Биологические протезы клапанов сердца, применяемые в клинической практике около сорока лет, в последние годы широко используются при коррекции клапанных пороков сердца, особенно в зарубежных клиниках (Edwards М.В., Taylor К.М., 1999; BesslerA., 2001).
Важнейшим этапом в изготовлении биологических протезов является структурная стабилизация ксеногенной ткани химическими агентами, способными образовывать прочные поперечные связи с молекулами коллагена (Малиновский Н.Н. и соавт., 1988; Барбараш Л.С. и соавт., 1994). Обработка ксеногенных клапанов проводится с целью получения биологической инертности их ткани (устранения иммуногенности и обеспечения устойчивости к ферментативному гидролизу). Начиная с 1967 года, преимущественно используется глютаровый альдегид (Carpentier A. et al., 1969). Данный химический агент обеспечивает стерильность биологической ткани и устойчивость ее к действию протеолитических ферментов (Малиновский Н.Н. и соавт, 1988; Шапошников А. Н., 1992; Fisher J. et al, 1987). Однако глютаральдегид ухудшает эластические свойства биологической ткани, снижает ее гидрофильность, провоцирует образование в ней центров дистрофической кальцификации (Журавлева И.Ю., 1995; Christie G.W., 1992; Hilbert S.L., et al., 1996; Talman E.A., Boughner D.R., 2001). Изменения механических свойств биоткани вызывают ухудшение макробиомеханики биопротеза, образование деформаций преимущественно в области комиссур (особенно при наличии стента), что также провоцирует развитие локусов тканевой дегенерации и кальцификации (Thubnkar M.J. et al., 1982, 1983; Sabbah H.N. et al., 1986). Свободные остатки глютаральдегида, оказывая цитотоксическое воздействие на окружающие ткани больного, усугубляют дистрофическую кальцификацию (Speer D.P., et al, 1980; Grobe A.C., et al, 2000), задерживают процесс «вживления» и эндотелизации биопротеза (Thriene G. et al., 2002).
Разработка антикальцификационной защиты, совершенствование дизайна и технологии изготовления не решили в полной мере проблемы ограниченной износоустойчивости биопротезов, обработанных глютаральдегидом (Herijgers P., et al, 1999; Cunanan СМ., et al, 2001; Flameng W., et al, 2001; Melina G., et al, 2001; Shargall Y., et al, 2001).
С. П< ОЭ
-=№;
В настоящее время продолжается поиск новых стабилизаторов биотканей, лишенных многих недостатков глютарового альдегида. Альтернативными стабилизаторами биотканей являются химические агенты из класса эпоксисоединений, вещества растительного (генипин) и бактериального (реутерин) происхождения и карбодиимины (Барбараш Л.С. и соавт., 1994; Girardot J.M., Girardot M.N., 1996; Sung H.W., et al., 1998; Chen C.N., et al., 2002). Также для обработки биоклапанов применяется новый метод фотофиксации (Westaby S. et al., 1999).
Наиболее перспективными химическими агентами являются эпоксисоединения, обладающие низкой цитотоксичностью и выраженным антикальцификационным эффектом (Шапошников А. Н., 1992; Журавлева И.Ю., 1995; Imamura Е., et al., 1989; Lohre J.M., et al, 1992). Ксеноклапаны, обработанные эпоксидами, показали в экспериментах in vivo и ex vivo высокие гемодинамические характеристики (Sung H.W. et al., 1993, 1994) и в последние годы все шире применяются в клинической практике (Семеновский МЛ., Соколов В.В., 2001; Караськов A.M. и соавт., 2002; Барбараш Л.С. и соавт., 2003).
Однако многие вопросы технологии структурной стабилизации, стерилизации и консервации биотканей эпоксисоединениями, в том числе и ксеноаортальных протезов, остаются не решенными, а свойства таких тканей изучены недостаточно. В частности, продолжаются дискуссии относительно выбора рН растворов эпоксисоединений для обработки биотканей (Sung H.W., et al., 1996; Levy R.J., Lerner E„ 1997; Ни СВ., et al., 1999). Практически не исследовано влияние рН раствора эпоксидов на механические характеристики ткани биопротезов.
Недостаточно изучено влияние физических факторов (внутриаортального давления, потока, положения створок, градиента давления на створках, режимов дубления и др.) на степень стабилизации и механические свойства ткани биоклапанов в процессе их обработки (Imamura Е., et al, 1982; Christie G.W., 1992; Vesely I., et al, 1993; Duncan A.C.,etal, 1996, 1997).
В литературе ограниченно отражен вопрос о бактерицидном эффекте эпоксисоединений, изменении механических свойств биопротезов в процессе их хранения (Шапошников А.Н., 1992; Chan-Myers Н.В., et al, 1992; Vincentelli A., et al, 1998).
Таким образом, недостатки существующих методик обработки и хранения биопротезов явились поводом для поиска новых консервантов и
Л
комплексного изучения влияния физико-химических и физических факторов на процесс дубления ткани эпоксидами и ее механические характеристики.
Цель исследования. Экспериментально разработать оптимальные условия проведения структурной стабилизации, стерилизации и консервации ксеноаортальных протезов эпоксисоединениями, применение которых позволит улучшить результаты хирургического лечения больных с клапанными пороками сердца.
Задачи исследования:
-
Изучить влияние концентрации диглицидилового эфира этиленгликоля и его смесей с моноглицидиловым эфиром этиленгликоля на скорость, степень фиксации и стабилизации ткани створок, и их механические характеристики.
-
Изучить влияние рН дубящего раствора эпоксидов на скорость, степень фиксации и стабилизации ткани створок, и их механические характеристики.
-
Изучить влияние стационарного и динамического режима дубления ксеноклапанов эпоксидами на скорость, степень фиксации и стабилизации ткани створок, и их механические характеристики.
-
Изучить антибактериальные свойства диглицидилового и моноглицидилового эфира этиленгликоля в зависимости от их концентрации, а также состава их смеси относительно растворов альдегидов и диоксидина.
-
Провести антибактериальный контроль эффективности консервации биопротезов эпоксисоединениями и диоксидином.
-
Изучить влияние растворов диоксидина на механические характеристики и ферментативную устойчивость обработанной ткани биопротезов после их длительного хранения.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Исследовано влияние концентрации и типа эпоксисоединения, рН их растворов и физических факторов на изменения эластических характеристик ткани ксеноаортальных клапанов, а также проведен сравнительный анализ эластических свойств створок этих клапанов, обработанных глютаральдегидом и эпоксисоединениями.
Проведена комплексная оценка влияния физико-химических и физических факторов на процесс фиксации и стабилизации ткани ксеноаортальных клапанов эпоксисоединениями.
Изучена антибактериальная активность эпоксисоединении в зависимости от концентрации, типа соединения и состава смеси. Доказана возможность использования смеси моно- и диэпоксида для стерилизации ксеноаортальных протезов.
Проведено комплексное исследование возможности использования диоксидина в качестве нового консерванта для хранения биопротезов взамен традиционно используемых растворов стабилизирующих веществ.
Разработанная методика структурной стабилизации, стерилизации и консервации может быть использована при изготовлении ксеноаортальных протезов для клинической апробации.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Максимальная степень структурной стабильности ткани может быть достигнута малыми концентрациями эпоксисоединении при оптимальной комбинации физико-химических и физических условий обработки ксеноаортальных клапанов.
-
Обработка ксеноаортальных клапанов в динамическом режиме при внутриаортальном давлении не более 25 — 30 мм рт. ст. смесью моно- и диглицидилового эфира этиленгликоля в малых концентрациях позволяет максимально сохранить эластические свойства ткани створок и достигнуть ее удовлетворительной устойчивости к ферментативному гидролизу.
-
Эпоксисоединения по сравнению с глютаральдегидом при обработке ксеноклапанов обеспечивают большую растяжимость и меньшую жесткость ткани их створок.
-
Бактерицидный эффект моноглицидилового эфира этиленгликоля превосходит бактерицидный эффект диглицидилового эфира этиленгликоля. Смесь этих соединений обладает выраженной антибактериальной активностью, сравнимой с растворами альдегидов в общепринятых концентрациях, и может применяться для стерилизации ксеноаортальных протезов.
-
Растворы диоксидина являются приемлемым консервантом для хранения биопротезов, поскольку сохраняют их стерильность в течение не менее одного года, не оказывают существенного влияния на механические характеристики их ткани и ее устойчивость к ферментативному гидролизу, достигнутую на этапе обработки эпоксисоединениями.
Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на IV, V, VI и VII Всероссийских
съездах сердечно-сосудистых хирургов (Москва 1998, 1999, 2000 и 2001 гг.), третьей ежегодной сессии НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН (Москва 1999 г.). Разработанные оптимальные условия обработки ткани створок реализованы в технологии динамического дубления ксеноклапанов, стерилизации и хранения биопротезов на кафедре госпитальной хирургии № 1 ГОУ ВПО СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова Росздрава (197022, Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, 6/8). Результаты диссертационной работы внедрены в исследования механических характеристик биологических тканей на кафедре_прикладной механики и инженерной -графики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, 5) и на кафедре хирургических болезней №2 ГОУ ВПО СПбГМА им. И. И. Мечникова Росздрава (195067, Санкт-Петербург, Пискаревский пр., 47). Основные научные положения диссертации используются в лекциях и практических занятиях со студентами на кафедре госпитальной хирургии № 1 ГОУ ВПО СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова Росздрава (197022, Санкт-Петербург, ул. Л.Толстого, 6/8).
Публикации и изобретательская деятельность. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, включая 3 журнальные статьи и один патент.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц и 19 рисунков. Список литературы включает 27 отечественных и 175 зарубежных источников.
