Современная сердечно-сосудистая хирургия невозможна без использования протезов клапанов сердца: механические, биологические (ксенографты) и аллографты.
После сердечной недостаточности тромбоэмболия является ведущей причиной смерти при аортальном протезировании. Частота антикоагуляционных осложнений составляет около 5% в год.
Скорость кальцификационной дегенерации ксенографтов у лиц молодого возраста довольно высока, и большинство кардиохирургов старается имплантировать их пациентам старше 60 лет.
Клапанное протезирование у детей представляет значительные сложности. Механические клапаны ассоциируются с антикоагуляционными осложнениями и гемодинамической дисфункцией. Попытки использования ксенографтов у детей предпринимаются во избежание антикоагулянтной терапии. Они не нашли широкого применения из-за большой частоты ранней послеоперационной недостаточности и последующей кальцификации. Ограниченный размер клапанного кольца и неудобство в этом плане биопротеза вызывает необходимость увеличения корня аорты и имплантации большого механического протеза детям с аортальным стенозом.
Аллографты имеют следующие преимущества:
- лучшие гидравлические характеристики с центральным необструктивным током;
- снижение риска тромбоэмболических и гемолитических осложнений;
- повышенная резистентность к инфекционному эндокардиту;
- приемлемый срок эксплуатации;
- редкое поражение кальцинозом створок клапана.
Иммунный ответ не играет роли в повреждении створок, хотя этот механизм, возможно, влияет на развитие кальцификации стенки аллографта.
Применение аллографтов в кардиохирургии связано с разработкой метода криоконсервации, который обеспечивает длительное сохранение жизнеспособности клеток и позволяет создать банк аллографтов, что особенно важно для новорожденных и детей младшего возраста.
В литературе имеются описания ультраструктуры криосохраненных аллографтов в эксперименте и клинической практике, однако они касаются, прежде всего, гистохимических процессов в аллографте и состояния его эндотелия. Практически не изучены изменения в средней оболочке стенки аллографта, а также в его субэндотелиальном слое. Однако они представляют интерес вследствие влияния на способ кровоснабжения аллографта в организме реципиента.
Целью исследования явилась оценка изменений ультраструктуры средней оболочки и субэндотелиального слоя аллографта после криоконсервации, а также в отдаленные сроки после его имплантации в эксперименте.
Материалы и методы
Приготовление аллографта производилось по следующей методике: после забора он стерилизовался в течение 24 ч при температуре 4 °С в питательной среде RPMI1640 Hepes Modification, содержащей антибиотики (цефазолин, метронидазол, гентамицин). Замораживание аллографта осуществлялось в стерильном контейнере в питательной среде RPMI 1640 Hepes Modification, содержащей криопротектант - 10%-й диметилсульфоксид, по специальной программе до температуры -80 °С. Далее контейнер помещался в жидкий азот и хранился при температуре -190-196 °С от 3-х месяцев до 2-х лет. Размораживание аллографта производилось также по специальной программе с последующим отмыванием в растворах питательной среды с убывающей концентрацией диметилсульфоксида.
Криосохраненные аллографты были имплантированы в эксперименте 40 собакам (в аорту в инфраренальную позицию). Животные выводились из эксперимента через 1 (n = 20) и 2 (n = 20) года после операции.
Аллографты после криоконсервации и в эксперименте исследовались методом световой и электронной микроскопии.
Результаты и обсуждение
По данным световой микроскопии аллографтов после их крио-сохранения установлено следующее: в 100% случаев (n = 40) очагово-подэпителиальный слой и средняя оболочка имеют разрыхленный вид за счет набухания и разволокнения эластических мембран с нарушением их упорядоченной ориентации, а также заметного расширения (в средней оболочке) щелевидных сосудов, набухания и деструктуризации межфибриллярного основного вещества (субэндотелиальный слой) и коллагеновых волокон. В 15 случаях (34,9%) обнаруживались немногочисленные набухшие гомогенные безъядерные эндотелиоциты, а также очаговая фрагментация базальной мембраны. Изменения в стенке крио-сохраненных аортальных аллографтов после 1-го и 2-х лет имплантации in vivo не имели существенных различий. В 40 случаях (100%) отмечено заметное утолщение субэндотелиального слоя, гомогенизация межфибриллярного основного вещества, набухание клеточных компонентов средней оболочки с мелкоглыбчатым распадом ядер миоцитов или их гиперхромией, а также обилие щелевидных сосудов. В 18 наблюдениях (45%) обнаруживались очаги дистрофии фибриллярных структур субэндотелиального слоя. В 37 случаях (92,5%) выявлялись участки гомогенизации и снижения интенсивности окраски средней оболочки с «затушевыванием» эластических мембран.
По данным электронной микроскопии, существенных различий в ультраструктуре стенки всех графтов, хранившихся в различные сроки, не обнаружено.
В средней оболочке аорты сохраняются окончатые эластические мембраны и гладкие мышечные клетки, а также их контакты; в миоцитах - обычная структура цитоплазматических органелл: ядро, митохондрии, миофибриллы, рибосомы (рис. 1).
Таким образом, криоконсервация аллографтов незначительно влияет на их ультраструктуру, не вызывая выраженных изменений независимо от длительности пребывания ткани при температуре жидкого азота.
В средней оболочке аллографта через 1 год после имплантации в 100% случаев (n = 20) уменьшается количество гладкомышечных клеток и значительно гипертрофируются сохранившиеся миоциты (рис. 2). В 90% наблюдений (n = 18) пространство между ними заполняется эластическими и коллагеновыми волокнами. Среди них встречаются редуцированные элементы атрофированных миоцитов. Оставшиеся миоциты имеют удлиненную форму и цитоплазму, заполненную миофибриллами, а также содержат овальное ядро с глыбками хроматина у ядерной мембраны. Цитолемма имеет электронно-плотные участки, которые являются местами прикрепления эластических волокон, идущих от эластических мембран. В средней оболочке аллографта через 2 года после имплантации наблюдаются как интактные миоциты, так и фрагменты, в которых происходит замещение эластическими и коллагеновыми волокнами.
В субэндотелиальном слое через 1 и 2 года структура гладкомышечных клеток сохраняется. Более того, в них отмечается гипертрофия цитоплазмы и разрастание цитоплазматических отростков миоцитов, имеющих продольное направление в стенке сосуда. Имеется ряд соединений: между цитоплазматическими отростками миоцитов, цитоплазматическими отростками и телами миоцитов, а также между телами различных миоцитов. Кроме того, в 95% случаев (n = 19) тела и цитоплазматические отростки гипертрофированных миоцитов посредством эластических и коллагеновых волокон соединяются с эластическими мембранами (рис. 3).
Анализируя выявленные изменения, следует отметить, что несмотря на дегенерацию части миоцитов средней оболочки имплантированного in vivo криосохраненного аллографта, мышечно-эластический каркас поддерживается благодаря компенсаторной гипертрофии оставшейся части миоцитов средней оболочки, а также за счет изменений миоцитов субэндотелиального слоя. Сохранность мышечно-эластического каркаса обеспечивает адекватную функцию сосудистой стенки и препятствует образованию аневризм.
Среди эластических элементов средней оболочки возникают мелкие сосуды и капилляры. Через 1 год после имплантации в 85% случаев (n = 17) они незрелы и имеют вид неполноценных стенок из эндотелиоцитов и фибробластов. Просвет их не сформирован и представлен небольшим количеством гомогенного вещества. Через 2 года в 100% случаев ангиогенез завершается. Просвет новообразованных сосудов имеет продолговатую или щелевидную форму и заполнен гомогенным веществом (рис. 4).
Выводы
- Криоконсервация незначительно влияет на ультраструктуру аллографта, не приводя к выраженным изменениям в нем независимо от длительности пребывания ткани при температуре жидкого азота.
- Переход стенки аллографта на диффузное питание после имплантации в эксперименте вызывает сначала деструкцию в средней оболочке, а позднее стимуляцию образования капилляров и мелких сосудов сформированием новой vasa vasorum.
- Субэндотелиальный слой аллографта обеспечивается адекватным диффузным питанием и посредством изменений гладких миоцитов частично поддерживает мышечно-эластический каркас сосуда вместе с компенсацией оставшихся гладких мышечных клеток средней оболочки. Это обусловливает хорошую функцию стенки аллографта и препятствует образованию аневризм.
Дроздовский К. В. БелМАПО.
Опубликовано: "Медицинская панорама" № 8, октябрь 2003.