ВЛИЯНИЕ ГИДРОГЕЛЯ НА ОСНОВЕ НАТРИЙ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ НА СПАЕЧНЫЙ ПРОЦЕСС В БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

АННОТАЦИЯ

Цель: Оценить влияние гидрогеля на основе натрия карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) на обмен оксипролина при формировании спаек в брюшной полости у экспериментальных животных. Материал и методы: Эксперимент проводился на 100 половозрелых самках беспородных крыс. Через 7 и 10 суток после операции, вызвавшей образование спаек в брюшной полости, проводились следующие исследования: общая морфологическая визуализация развития спаечного процесса в брюшной полости; определение общего, свободного и связанного оксипролина в сыворотке крови. Результаты обработаны методом вариационной статистики. Результаты: На 7-й день эксперимента по моделированию спаечного процесса в брюшной полости животных наблюдалось образование спаек, сопровождавшееся увеличением содержания оксипролина, что свидетельствует об усиленном синтезе компонентов межклеточного матрикса фибробластами. Введение гидрогелей на основе Na-КМЦ 3,0% и Na-КМЦ 3,5% в брюшную полость на заключительном этапе операции показало выраженное модулирующее влияние на спаечный процесс, препятствуя чрезмерному образованию соединительной ткани. Таким образом, эффективность гидрогелей на основе Na-КМЦ 3,0% и Na-КМЦ 3,5% в снижении спаечного процесса в брюшной полости была доказана. Вывод: Применение гидрогелей на основе Na-КМЦ представляет собой перспективное направление для разработки новых методов предотвращения избыточного образования соединительной ткани и формирования спаек.

ABSTRACT

Objective: To evaluate the effect of a hydrogel based on sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC) on hydroxyproline metabolism during adhesion formation in the abdominal cavity of experimental animals. Materials and Methods: The experiment was conducted on 100 mature female Wistar rats. On the 7th and 10th days after surgery, which induced adhesions in the abdominal cavity, the following investigations were carried out: general morphological visualization of adhesion development in the abdominal cavity and determination of total, free, and bound hydroxyproline in blood serum. Results: On the 7th day of the experiment modeling the adhesion process in the animals' abdominal cavities, adhesion formation was observed, accompanied by an increase in hydroxyproline levels, indicating enhanced synthesis of extracellular matrix components by fibroblasts. The introduction of Na-CMC-based hydrogels at concentrations of 3.0% and 3.5% into the abdominal cavity at the final stage of surgery had a pronounced modulatory effect on the adhesion process, preventing excessive connective tissue formation. Thus, the effectiveness of Na-CMC hydrogels at 3.0% and 3.5% concentrations in reducing the adhesion process in the abdominal cavity was confirmed. Conclusion: The use of Na-CMC-based hydrogels represents a promising approach for developing new methods to prevent excessive connective tissue formation and adhesion formation.

Ключевые слова: спаечный процесс; натрий карбоксиметилцеллюлоза; оксипролин.

Keywords: adhesion process; sodium carboxymethylcellulose; hydroxyproline.

Введение. Развитие спаечного процесса в брюшной полости после оперативных вмешательств остается серьезной проблемой в хирургии. Рост соединительной ткани из выпота фибрина является одним из ключевых механизмов, который приводит к образованию спаек [1, 2, 3]. Внеклеточный матрикс, содержащий различные типы клеток, играет важную роль не только в сохранении структурной целостности тканей, но и в контроле активности клеток в ходе регенераторных процессов и ремоделирования [4, 5]. Данные литературы показывают, что основой образования спаек является воспалительный процесс и инициация фибриногенеза с включением аминокислотных остатков. В дальнейшем фибриногенез оканчивается ростом соединительной ткани, который приводит к развитию спаечного процесса. Образование соединительной ткани основано на аномальном коллагеновом обмене со значимой ролью оксипролина [6, 7].

Фибробласты играют ключевую роль в образовании внеклеточного матрикса, состоящего из коллагеновых и эластиновых волокон, а также смеси гликопротеинов и гликозаминогликанов. При этом коллагеновые волокна служат главным структурным составляющим соединительной ткани и представляет собой основной белок ВМ. Оксипролин является важным маркером коллагена [8, 9]. Интенсивная продукция коллагена и гликозаминогликанов фибробластами может способствовать чрезмерному росту соединительной ткани, что в свою очередь может вызвать образование спаек после хирургических вмешательств в брюшной полости [6, 10]. Некоторые исследования показывают, что повышенная продукция оксипролина и гидроксипролина может стимулировать гиперпродукцию соединительной ткани [1, 5].

Разработка и использование барьерных противоспаечных средств играют важную роль в предотвращении образования спаек после хирургических операций. Эти средства помогают предотвратить склеивание тканей и образование спаек, что может значительно улучшить результаты операции и ускорить процесс выздоровления пациента. Барьерные препараты временно разделяют раневые поверхности, обеспечивая благоприятные условия для регенерации тканей. Они также создают защитный слой, который способствует заживлению и регенерации травмированных тканей. Это позволяет избежать образования спаек и улучшить функциональный и косметический результат после операции. Использование барьерных противоспаечных средств расценивается как эффективный метод профилактики образования спаек и широко применяется в современной клинической практике [4, 8].

На базе Института химии и физики полимеров Академии наук Республики Узбекистан был разработан полимерный биоразлагаемый биогель на основе Na-карбоксиметилцеллюллозы (Na-КМЦ). Его основой стали местные источники сырья - производные полисахаридов, которые обладают противоспаечными свойствами. Гидрогель на основе Na-КМЦ является гелем натриевой соли карбоксиметилцеллюллозы (Na-КМЦ 3,0%; Na-КМЦ 3,5%) - полимер, который входит в состав применяемых в клинике препаратов, в частности Seprafilm (Oxiplex). Данное средство имеет широкий потенциал применения в практической медицине, в том числе в хирургии глаукомы.

В связи с выше изложенным, одной из задач исследования было выявить антиспаечные свойства гидрогеля на основе Na-КМЦ.

Цель исследования. Оценка влияния гидрогеля на основе Na-КМЦ на обмен оксипролина при спаечном процессе в брюшной полости экспериментальных животных.

Материалы и методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на 100 половозрелых беспородных крысах (самках) с массой тела 160-180 грамм. На проведение экспериментальных исследований с гидрогелем на основе Na-КМЦ было дано разрешение Комитетом пo вопросам этики при Ташкентской медицинской академии (ТМА) (протокол №10 от 25.05.2024). Подопытные животные содержались в одинаковых условиях вивария, пищевой и питьевой режимы стандартные. Манипуляции в рамках эксперимента проводились в асептических условиях в операционной Центральной научно-исследовательской лаборатории ТМА.

Таблица 1.

Распределение животных в исследуемых группах

Распределение животных в исследуемых группах представлено в таблице 1. Всего было сформировано 8 исследуемых групп. 10 крыс составили контрольную группу интактных животных. 30 животных составляли группу ложнооперированных, которым была проведена только лапаротомия. У 60 животных образование спаек инициировалось по методике Аюшиновой Н.И. (2011) Производился общий наркоз, далее выполнялась срединная лапаротомия, затем в рану выводилась слепая кишка, которую десерозировали марлевой салфеткой и затем накладывались швы.

Введение опытного препарата проводилось однократно в ходе операции. После введения препарата брюшная полость зашивалась послойно узловыми швами. Манипуляции на животных выполнялись с учетом основных правил, которые приведены в «Правилах гуманного обращения с лабораторными животными» и «Правилах проведения работ с экспериментальными животными».

На 7 и 10 дни наблюдения после хирургического вмешательства осуществлялись исследования для оценки развития спаечного процесса, которые включали общую морфологическую визуализацию течения процесса в брюшной полости, определение в сыворотке крови общего, свободного и связанного оксипролина. При количественной оценке выраженности спаечного процесса в брюшной полости использовалась специальная шкала оценки, основанная на макроскопических признаках, которые визуализируются в брюшной полости [2]. Определение оксипролина в сыворотке крови проводилось методом окисления оксипролина хлорамином Б или окисления с парадиметиламинобензальдегидом [10]. Содержание свободного и общего оксипролина рассчитывалось при помощи специальной калибровочной кривой и выражалось в мкг/мл. Расчет разности свободного и общего оксипролина позволяло определить содержание связанного оксипролина. Результаты обработаны методом вариационной статистики.

Результаты и обсуждение. На 7 и 10 сутки от начала эксперимента проведена визуализация брюшной полости оперированных животных. Ниже представлено описание динамики визуализации спаечного процесса в брюшной полости у опытных и контрольных белых крыс.

2 – группа животных: на 7 сутки - воспалительный процесс отсутствует, шовный материал инкапсулирован.

3 – группа животных: на 7 сутки - воспалительный процесс отсутствует, шовный материал инкапсулирован.

4 – группа животных: на 7 сутки - воспалительный процесс отсутствует, шовный материал инкапсулирован.

5 – группа животных: на 7 сутки - имеется выраженный воспалительный процесс, наличие гнойно-серозной жидкости, гиперемия, фибриновый налёт, наличие не плотных спаек между брюшиной и сальником. Сальник не плотно спаян с тонким и толстым кишечником. На 10 сутки - сальник плотно спаян с брюшиной в виде плотного конгломерата, явления воспаления отсутствуют, что свидетельствует о формировании зрелого спаечного процесса в брюшине.

6 – группа животных: на 7 сутки - имеется выраженный воспалительный процесс, наличие гнойно-серозной жидкости, гиперемия, фибриновый налёт, наличие не плотных спаек между брюшиной и сальником. Сальник не плотно спаян с тонким и толстым кишечником. На 10 сутки - сальник плотно спаян с брюшиной, явления воспаления отсутствуют, что свидетельствует о формировании зрелого спаечного процесса в брюшине.

7 – группа животных: на 7 сутки - сохраняется воспалительный процесс, количество гнойно-серозной жидкости незначительно, гиперемия не выражена. Наличие фибриновых отложений в виде нитей между брюшиной и сальником. Сальник не плотно спаян с кишечником. На 10 сутки - сальник частично спаян ножками с брюшиной, воспаление отсутствует, имеются только элементы зрелого спаечного процесса брюшины.

8 – группа животных: на 7 сутки - сохраняются явления воспаления, гиперемия с незначительным накоплением серозной жидкости. Сальник не плотно спаян с кишечником. На 10 сутки - имеется наличие фибринового налета между брюшиной и сальником в виде неплотных образований на 2-3-х ножках. Имеются лишь участки зрелого спаечного процесса в брюшине.

В таблице 2 приведены результаты оценки выраженности спаечного процесса в брюшной полости в исследуемых группах 5, 6, 7 и 8.

Таблица 2.

Сравнительный анализ выраженности спаечного процесса в брюшной полости (общий балл по шкале выраженности спаечного процесса) в исследуемых группах

Примечание:

*- статистически достоверно по отношению к показателям на 7 сутки при p<0,05

⁵ -  статистически достоверно по отношению к показателям группы 5 при p<0,05

⁶ -  статистически достоверно по отношению к показателям группы 6 при p<0,05

⁷ -  статистически достоверно по отношению к показателям группы 7 при p<0,05

Из данных видно, что в группе 5 спаечный процесс был наиболее выраженным. Введение 3,5% раствора КМЦ (группа 6) не показало значительного уменьшения спаечного процесса по сравнению с контрольной группой. Однако, в группах 7 и 8, где использовались гидрогели на основе Na-КМЦ, наблюдалось значительное снижение выраженности спаечного процесса. Сравнение результатов на 10-е сутки с 7-ми сутками показывает, что в контрольной группе (группа 5) выраженность спаечного процесса увеличилась. В группе 6, где вводился 3,5% раствор КМЦ, также наблюдалось незначительное увеличение спаечного процесса. Наибольшее снижение спаечного процесса на 10-е сутки было зафиксировано в группе 8, где использовался 3,5% гидрогель на основе Na-КМЦ. Результаты исследования показывают, что использование гидрогелей на основе Na-КМЦ значительно снижает выраженность спаечного процесса в брюшной полости. Особенно это заметно при использовании 3,5% гидрогеля, который показал наименьшую выраженность спаечного процесса как на 7-е, так и на 10-е сутки.

Содержание оксипролина в сыворотке крови является показателем нарушенного образования коллагена. Повышенный уровень свободного оксипролина является свидетельством декструкции коллагена, в то время как повышенный уровень связанного оксипролина является индикатором повышенной активности синтеза коллагена над его распадом [10,11]. В таблице 2 приведены результаты мониторинга уровня разных фракций оксипролина в сыворотке крови у животных.

Таблица 3.

Результаты мониторинга содержания общего, связанного и свободного оксипролина (мкг/мл) в сыворотке крови у животных в исследуемых группах

Примечание:

^* - статистически достоверно по отношению к показателям контроля при p<0,05;

⁵ - статистически достоверно по отношению к показателям группы 5 при p<0,05;

⁶ - статистически достоверно по отношению к показателям группы 6 при p<0,05;

⁷ - статистически достоверно по отношению к показателям группы 7 при p<0,05;

⁸ - статистически достоверно по отношению к показателям группы 8 при p<0,05;

Контролем являются: 1,2,3 и 4 группы.

Результаты показали, что экспериментальная модель спаечного процесса характеризуется повышенным уровнем общего оксипролина в сыворотке крови (в 1,5 раза) за счет связанной его формы (в 1,8 раза) и снижение уровня свободного оксипролина (в 1,3 раза), что свидетельствует о преобладании синтеза коллагена (таб. 3). Такое возможно в условиях развития в организме воспалительного процесса, обусловленным развитием спаечного процесса. Полученные нами результаты согласуются с результатами ряда авторов, которые установили наличие прямой сильной корреляционной связь между концентрацией исследуемого биохимического субстрата в гемиперитонеальной жидкости и выраженностью спаек [6]. Это было связано с повышением пролиферативной активности фибробластов, которая оценивалась на основе уровня Ki-67 в гемоперитониуме экспериментальных животных. В другом исследовании определено 4-кратное повышение синтетической функции активированных фибробластов [4]. Авторы доказали существование прямой корреляционной связи между пролиферативной активностью фибробластов, уровнем связанного оксипролина и объемом спаек в брюшной полости животных.

Следует отметить, что КМЦ без натрия не влиял на изучаемые показатели, содержание общего свободного и связанного оксипролина не отличались значений группы животных со спаечным процессом. Вместе с тем у животных со спаечным процессом Na-КМЦ 3,0 % гель и несколько в большей концентрации 3,5% гель снижали высокий уровень общего и связанного оксипролина, несколько повышали низкий уровень свободного оксипролина в сыворотке крови крыс со спаечным процессом. Эффективность препаратов возрастала по мере удлинения длительности эксперимента, когда значения изучаемых показателей приближались с уровню интактных крыс, однако полного восстановления мы не наблюдали. Это совпадало с более низкими значениями выраженности спаечного процесса в брюшной полости данных группы животных.

Заключение. Таким образом, в ходе экспериментов по моделированию спаечного процесса в брюшной полости животных на 7-й день наблюдалось образование спаек.  Этот процесс сопровождался увеличением содержания общего и связанного оксипролина, что указывает на усиление синтеза фибробластами составляющих межклеточного матрикса. Введение в заключительном этапе операции в брюшную полость гидрогелей на основе Na-КМЦ 3,0% и Na-КМЦ 3,5% оказывало ярко выраженное модулирующее воздействие на спаечный процесс, препятствуя излишнему образованию соединительной ткани. Результаты доказали, что исследуемые образцы гидрогелей на основе Na-КМЦ 3,0% и Na-КМЦ 3,5% имеют свойствами снижать выраженность спаечного процесса и коллагенолитическим действием. Следовательно, полученные результаты указывают на эффективность действия гидрогелей на основе Na-КМЦ 3,0% и Na-КМЦ 3,5% на спаечный процесс в брюшной полости. Это может иметь потенциальное значение для разработки методов предотвращения или лечения спаечных процессов в медицинской практике. Использование гидрогелей на основе Na-КМЦ, могут представлять собой перспективное направление для разработки новых подходов к профилактике избыточного образования соединительной ткани и спаек.

Список литературы:

1. Бойко В.В. и др. Современное состояние вопроса острой спаечной кишечной непроходимости // Харькiвська xiрургiчна школа. – 2014. – №1(64). – С. 87–90.
2. Дронов А.И., Задорожная К.О., Дронова В.Л., Насташенко М.И. Патогенез, осложнения и контроль перитонеального спаечного процесса в гинекологии и хирургии // Хирургия. Восточная Европа. – 2015. – №2(14). – С. 124–129.
3. Кузякова Л.М., Скальский С.В., Степанова Э.Ф., Огай М.А, Глижова Т.Н., Соколова Т.Ф., Локарев А. В., Ковтун Е. В. Влияние блокаторов медленных кальциевых каналов на процессы пролиферации и коллагеногенеза фибробластов при образовании спаек в брюшной полости // Медицинский вестник Северного Кавказа. – 2019. - №14(1.2) – С. 208–211.
4. Скальский С.В., Соколова Т.Ф., Сычев Д.А., Ананичева Е.В. Изменение компонентов межклеточного матрикса соединительной ткани при экспериментальном спаечном процессе брюшной полости на фоне действия верапамила // Вестник ОмГАУ. – 2016 – №2(22). – С. 171–176.
5. Соколова Т.Ф., Скальский С.В., Турок Н.Е. Оценка возможности применения блокаторов медленных кальциевых каналов для профилактики образования внутрибрюшных спаек // Казанский медицинский журнал. – 2017. –  №2(98). – С. 218–221.
6. Филенко Б.П., Земляной В.П., Борсак И.И., Иванов А.С. Спаечная болезнь: профилактика и лечение. – Санкт-Петербург, 2013. – 171 с.
7. Йулдошов Ш.А., Шукуров А.И., Сарымсаков А.А., Рашидова С.Ш. Получение растворов карбоксиметилцеллюлозы методом замораживания-оттаивания // Universum: химия и биология. – 2016. - №5(23). – С. 4.
8. Шараев П.Н. Метод определения свободного и связанного оксипролина в сыворотке крови // Лабораторное дело. – 1990. – № 5. – С. 283–285.
9. Alkhamesi N.A., Schlachta C.M. The role of aerosolized intraperitoneal heparin and hyaluronic acid in the prevention of postoperative abdominal adhesions // Surgical Endoscopy. – 2013. - №27(12). – Р. 4663-4669.
10. Fortin C.N., Saed G.M. Diamond MP. Predisposing factors to post-operative adhesion development // Human Reproduction Update. – 2015. - №21(4). – С. 536-551.