Протезы сосудов для медицины

Пост опубликован: 17.07.2016

Сосудистые протезы взаимодействуют с кровью и окружающими тканями, поэтому, по причине присущей им тромбогенности, вскоре после имплантации синтетические протезы покрываются фибрином и тромбоцитарными тромбами. Такая выстилка сохраняет тромбогенность и стабилизируется через год и более после операции. Заживление синтетического протеза происходит при помощи двух механизмов — миграции эндотелиальных клеток вдоль имплантата и врастания капилляров.

Объём эндотелизации существенно варьирует, поскольку эндотелиальные клетки мигрируют с артерии на поверхность протеза. Хотя этот процесс может завершаться полной эндотелизацией в моделях на животных, у человека в синтетических сосудистых протезах никогда не формируется монослой эндотелиальных клеток. Капилляры врастают из окружающих тканей. Степень инкорпорирования варьирует от порозности протеза, чем выше порозность, тем сильнее в него внедряются сосуды.

Синтетические сосудистые протезы из дакрона

Синтетические дакроновые протезы производят из полифиламентных полиэфирных нитей, которые ткут или плетут на специальных установках. Тканые дакроновые заменители сосудов состоят из нитей переплетённых между собой под прямым углом. Такие протезные материалы имеют жёсткую структуру, а их обрезанные края легко расплетаются. Они мало проницаемы для крови (минимальное кровотечение во время имплантации), но имеют плохие манипуляционные характеристики и очень низкую эластичность.

В плетёных протезах нити расположены в виде петель, охватывающих друг друга. Петли могут быть ориентированы в продольном или поперечном направлении. Протезы с продольным плетением более стабильны и большинство доступных в настоящее время протезов имеют подобную конфигурацию. Плетёные протезы отличаются относительно высокой порозностью, поэтому для профилактики кровотечения необходимо проводить их предварительное тромбирование. Они с течением времени склонны к дилатации, но они способствуют врастанию окружающих тканей и имеют превосходные манипуляционные характеристики. В последние годы большинство плетёных сосудистых протезов импрегнируют коллагеном, альбумином или желатином, что устраняет необходимость в предварительном тромбировании. Существуют данные в пользу того, что подобные покрытия могут снизить раннюю тромбогенность поверхности сосудистого протеза с ожидаемым улучшением проходимости. Однако в рандомизированном испытании снижение кровопотери или улучшение проходимости не доказано.

Плетёные сосудистые протезы можно сделать мягче, добавив в плетение нить под прямым углом к поверхности. Велюровая поверхность способствует образованию стабильной неоинтимы. Как правило, изготавливают гофрированные дакроновые протезы, что придаёт им гибкость, эластичность и стабильность формы.

Растянутые политетрафторэтиленовые протезы

Растянутые политетрафторэтиленовые (рПТФЭ) сосудистые протезы производят путём прессования ПТФЭ полимера, что приводит к образованию материала, состоящего из плотных узлов, переплетённых тонкими фибриллами. Расстояние между отдельными фибриллами в них меньше, чем между волокнами в дакроновых протезах, благодаря чему он имеет высокую порозность и низкую проницаемость. ПТФЭ — инертное вещество с отрицательным зарядом, что делает протез гидрофобным. Некоторые сосудистые протезы покрывают тонкой наружной оболочкой, чтобы увеличить прочность стенки и дополнительно снизить проницаемость. В настоящее время производят ПТФЭ протезы с тонкой стенкой, что улучшает их манипуляционные свойства и повышает продольную эластичность. Внешняя поддержка позволяет предупредить их перегибание в области суставов и, тем самым, повысить проходимость в отдалённом периоде. Однако в проспективном рандомизированном исследовании применение внешней поддержки не показало улучшения проходимости.

Некоторые хирурги предпочитают ПТФЭ протезы дакроновым, по причине более высокой устойчивости к инфекции и низкой тромбогенности при шунтировании ниже паховой связки.

Только в одном рандомизированном сравнительном исследовании протезов сосудов из дакрона и ПТФЭ в хирургии аорты показаны их эквивалентные свойства.

Преимущество ПТФЭ сосудистых протезов при реваскуляризации нижних конечностей недавно было оценено в рандомизированном испытании, которое показало сравнимые результаты использования ПТФЭ и дакроновых заменителей сосудов.

Механизм недостаточности сосудистых протезов

Механизм недостаточности синтетических сосудистых протезов отличается от такового венозных трансплантатов. К основным причинам недостаточности протезов относятся тромбогенность их просвета, несоответствие эластичности и гиперплазия интимы в области анастомоза.

Тромбогенность просвета, высевание эндотелиальных клеток и антитромботические покрытия сосудистых протезов

У человека в синтетических сосудах монослой эндотелиальных клеток не образуется. Таким образом, поверхность протеза сохраняет тромбогенные свойства с постоянной активацией тромбоцитов и риском тромбоза. Считается, что отсутствие монослоя эндотелиальных клеток служит ключевым фактором окклюзии протеза, в связи с чем покрытие его внутренней поверхности эндотелиальными клетками позволяет создать функционирующий биологический протез. Этот процесс называется «высевание эндотелиальных клеток».

При высевании необходимо фиксировать эндотелиальные клетки на поверхности протеза. Их можно получить из вены, подкожной жировой клетчатки или сальника и стабилизировать в тканевой культуре. Затем эндотелиоциты инкубируют на внутренней поверхности пластика, благодаря чему формируется стабильный эндотелиальный монослой. Высевание эндотелиальных клеток выполняют в 1 или 2 этапа. Двухэтапное высевание заключается в получении небольшого количества эндотелиоцитов из периферической вены, размножении клеток в культуре и последующей их фиксации. Весь процесс обычно занимает до 8 нед. При одноэтапном высевании из сальника получают большое количество эндотелиоцитов и сразу фиксируют на внутренней поверхности нового сосуда.

В экспериментах на животных использование пластмассовых сосудов, покрытых эндотелиальными клетками, привело к значительному повышению частоты проходимости и снижению тромбогенности сосудистых протезов. Однако в клинических условиях, преимущественно из-за методологических сложностей, получены неутешительные начальные результаты. Недавние исследования свидетельствуют о возможности проведения двухэтапного высевания эндотелиальных клеток в клинических условиях. В них выявлено повышение частоты проходимости протезов при шунтировании сосудов ниже паховой связки и коронарных артерий. В настоящее время высевание эндотелиальных клеток представляется слишком затратной процедурой, чтобы рекомендовать её для широкого применения. Однако в будущем достижения клеточной и рекомбинатной ДНК технологии позволят использовать эндотелиальные клетки в качестве транспорта для целенаправленной генной терапии, снижающей тромбогенность протеза, а также гиперплазию гладкомышечных клеток и интимы, как в пластиковых сосудах, так и аутовенозных трансплантатах.

В попытке снизить тромбогенность внутренней поверхности просвета также применяют модификацию протезов. Так, углеродное покрытие создаёт отрицательный заряд, позволяющий снизить тромбогенность. В исследованиях на животных показано, что использование ПТФЭ сосудов с углеродным покрытием снижает фиксацию тромбоцитов, хотя в рандомизированных исследованиях значительного повышения проходимости не получено.

Разработаны покрытые гепарином и герметизированные коллагеном дакроновые сосуды малого диаметра. Они характеризуются сниженной агрегацией тромбоцитов в раннем периоде. Однако существует небольшой риск повышения их агрегации у сенсибилизированных пациентов. В рандомизированном испытании, проведённом на 209 пациентах с бедренно-подколенным шунтированием, показано значительное повышение частоты проходимости подобных заменителей сосудов по сравнению с ПТФЭ (55% против 42% через 3-4 года), но, что ещё важнее, значительно повысилась частота сохранения конечностей.

В экспериментальных исследованиях показано, что применение протезов с фторполимером вызывает менее выраженную реакцию тканей и снижает тромбогенность. В скором будущем такие искусственные сосуды станут доступными в коммерческой сети. Между тем клинических данных, подтверждающих преимущество этих протезов, нет.

Несоответствие эластичности и гиперплазия интимы в области анастомоза

Несоответствие эластичности возникает вследствие различных свойств протеза и артерии. Эластичная артерия служит резервуаром, запасающим энергию во время систолы, которая высвобождается во время диастолы. Использование жёсткого канала снижает эту пульсирующую энергию на 60%. В искусственных протезах несоответствие эластичности особенно выражено в области анастомоза. Парадоксальное повышение эластичности наблюдается в нескольких миллиметрах по обе стороны от анастомоза — зона параанастомотической гиперэластичности. Гиперплазия интимы преимущественно развивается в этих зонах.

Несоответствие эластичности приводит к возникновению зоны чрезмерного механического напряжения, способного инициировать пролиферацию гладкомышечных клеток с последующей продукцией внеклеточного матрикса. Изменения эластичности также влияют на напряжение течения и сдвига. Турбулентный поток вызывает напряжение сдвига, способное, в свою очередь, инициировать клеточные изменения, приводящие к гиперплазии интимы. В эксперименте обнаружена связь между эластичностью протеза и проходимостью.

Полиуретановые протезы

Полиуретаны — это сегментированные полимеры с твёрдыми (уретановая группа) и мягкими (макромономер) участками. Полиуретаны отличаются более высокими вязкоэластическими свойствами по сравнению с ПТФЭ и дакроном, а также обладают превосходной совместимостью с кровью и тканями. С учётом этих характеристик предпринимаются активные попытки получить полиуретановые сосудистые протезы для клинического применения. К сожалению, в ранних клинических испытаниях показана низкая частота проходимости и склонность к деградации с образованием аневризм.

Недавно разработана химическая модификация, позволяющая получить биологически стабильные полиуретановые сосудистые протезы, не подвергающие дегенерации. Некоторые из них в настоящее время применяют в клинической практике, но рутинно в хирургии периферических сосудов не используют.

Статью подготовил и отредактировал: врач-хирург Пигович И.Б.

Видео:

Полезно:

Сосудистый протез – это трубка, сделанная человеком, которая заменяет или создаёт обход настоящего кровеносного сосуда, чаще всего артерии. Успешное развитие сосудистых протезов является выдающимся событием современности. Первый сосудистый протез был разработан в 1960 году. С того времени произошли кардинальные изменения по улучшению качества используемого материала. Современные протезы широко признаны как надёжные и заслуживающие доверия. Операции по замене сосудов стали традиционными, и сотни тысяч людей были успешно вылечены.

Для понимания необходимости замены повреждённого сосуда следует рассмотреть работу сердечно-сосудистой системы. Все части человеческого тела требуют доставки к ним крови. Кровь переносит кислород и питательные вещества к каждой клеточке организма. Кровь распространяется по организму благодаря сосудистой системе, которая состоит из сердца, артерий и вен. Сердце – это высококачественный насос, который работает неустанно на протяжении всей жизни и перекачивает кровь в артерии. Артерии – это трубки, распределяющие кровь по всему телу. Артерии разделяются на ветви, которые становятся всё меньше и меньше до тех пор, пока не превратятся в микроскопические капилляры. В капиллярах кислород и питательные вещества могут легко выходить из крови и поступать к тканям и органам. После того, как кровь проходит через капилляры, она поступает в вены, которые переносят кровь обратно к сердцу в правые отделы. Правые отделы сердца отправляют кровь в лёгкие, где они обогащаются кислородом и поступают в левые отделы сердца, что бы вновь отправиться по всему организму. Этот цикл поддерживает нашу жизнь. В норме наше сердце сокращается более 100 000 раз в день (в среднем 70 ударов в минуту), перекачивая около 7000 литров на суммарном пути в 19 000 километров через всю сосудистую систему.

С возрастом артерии становятся ригидными (неподатливыми), у некоторых людей может развиться атеросклероз –  бич современного человечества. Атеросклероз вызывает сужение кровеносных сосудов и, в конце концов может привести к полной их закупорке. Причины развития атеросклероза до конца не выяснены. Известно несколько факторов, способствующих развитию данного заболевания. Вероятна наследственная предрасположенность, гиперхолестеринемия, повышение липопротеидов низкой плотности и понижение липопротеидов высокой плотности, курение, малоактивный образ жизни, высокое артериальное давление, сахарный диабет. Нарушение поступления крови к органам и тканям приводит к нарушению их функции. Повреждённые части не в состоянии работать с той же эффективностью. При этом, если возникает нагрузка, это провоцирует появление симптомов, таких как боль в ногах при ходьбе (симптом перемежающей хромоты). Суженные артерии нижних конечностей не в состоянии обеспечить достаточное количество крои и кислорода во время работы мышц, вследствие этого, в них появляется боль. Похожий процесс развивается в сердце, при поражении артерий, питающих сердечную мышцу. При нарушении поступления крови в головной мозг могут появляться головокружения, кратковременная потеря зрения, Нарушения чувствительности в конечностях, снижение памяти и мнестических функций.      Другая проблема в сосудистой системе возникает вследствие истончения стенки сосуда, при этом происходит увеличение сосуда в диаметре и развитие аневризмы. При достижении аневризмой определённого размера, последняя может лопнуть и человек умрёт от потери крови.

Проблема лечения атеросклероза комплексная. Чрезвычайно важным является контроль тех факторов, которые известны как причины развития заболевания. К сожалению, мы мало, что можем сделать с нашей генетической предрасположенностью. Наиболее важным является отказ от курения. Обследование и лечение высокого давления, высокого уровня холестерина, коррекция диабета так же являются очень важным. При соблюдении всех вышеперечисленных мер атеросклероз может остановить своё развитие и стать даже меньше, особенно если Вы не курите. Состояние многих пациентов улучшается при регулярном медикаментозном лечении, направленном на лечения высокого уровня холестерина, высокого давления, улучшение реологических свойств крови, снятие спазма с периферических артерий, стимулирование развитие коллатеральных (окольных) путей кровотока, улучшение  питания страдающих тканей и органов. Физические упражнения также полезны, однако не следует работать по принципу: «чем больше, тем лучше». При возникновении боли Вам следует остановить упражнения.

Вышеперечисленные меры – это практически всё, что может потребоваться пациенту для лечения атеросклероза. Однако для некоторой группы больных этих мер недостаточно, и требуются другие формы лечения – хирургические. В случае, если Вам необходимо хирургическое лечение, очень важным этапом исследованием являются ультразвуковое дуплексное сканирование и ангиографическое исследование. Ангиограмма – это рентгенографическое исследование, которое сопровождается введением контрастного раствора  (красителя) в сосудистую систему через шприц в области паха или подмышечной области. Ангиограмма даёт карту расположения Ваших артерий и показывает точное раположение сужений и закупорок. Некоторые из сужений могут быть расширены при помощи баллонного катетера, введённого в сосуд через пах или подмышечную область. Баллон располагается напротив сужения и затем раздувается – это так называемая ангиопластика.  Часто на месте бывшего сужения внутрь сосуда устанавливают специальный каркас, для предотвращения повторного развития сужения – это стентирование. Другие сосудистые сужения и закупорки, неподдающиеся ангиопластике лечатся при помощи хирургической операции – шунтирования(bypass), т.е. формирование обхода места закупорки.

Сосудистый шунт можно описать как объездную дорогу, построенную вокруг перенаселённого города. При этой методике суженный или заблокированный участок не удаляется, а «обход» присоеденяется в области здорового сосуда выше и ниже участка сужения. Важной особенностью данной методики является хорошее сосудистое русло до и после участка закупорки (что бы дорога до города и после него была хорошей, асфальтированной, а не просёлочной). Выбор материала для шунта зависит от места расположения повреждённого участка сосуда. 

Чаще всего искуственный протез сосуда устанавливается при лечении аневризм и закупорок брюшной аорты. При данной локализации протез может безукоризненно работать в течении многих лет.

На фотографии изображён исскуственный бифуркационный протез аорты и подвздошных артерий, установленный по поводу аневризмы аорты 3 типа.

Шунт в области паха и нижних конечностей очень часто изготавливается из собственной вены пациента. Собственная вена – наилучший материал для шунтирования в этой зоне, однако если такого материала нет, приходится так же использовать искуственный протез.

Искуственные сосудистые протезы представляют из себя, разработанные учёнными, заменители настоящих сосудов человеческого организма. Они работают схожим образом с естественными сосудами. Сосудистый протез – это сложный материал, изготовленный в виде трубки различного диаметра и длины. Сосудистый протез имеет большой запас прочности и устойчивости, значительно превосходящий прочность и устойчивость естественных артерий.

Существует некоторая вероятность, что шунт будет работать не вечно? Да существует. На это может оказывать влияние множество факторов. Прежде всего, это дальнейшее прогрессирование атеросклероза. Насколько будет прогрессировать атеросклероз после операции зависит от выполнения пациентом рекомендаций хирурга: отказ от курения!, медикаментозное лечение, санаторно-курортное лечение. Причиной прекращения работы шунта могут быть, постепенно формирующиеся наслоения на внутренних стенках шунта, при значительной его длине. Приём определённых доз «разжижающих» препаратов может помочь продлить работу шунта и функциональное состояние органа или конечности.

Создание искусственных протезов артерий – одно из величайших достижений медицины 20 века. Следующий шаг – создание полноценного венозного протеза. Возможно в будущем научаться выращивать искусственные протезы из стволовых клеток, а пока протезирование искусственными сосудами единственный метод продления полноценной жизни.

Автор Максименко Н.Н.