Введение. Современная герниология основана на широком использовании синтетических эндопротезов, внедрение которых позволило радикально снизить частоту рецидивов и обеспечить достойное качество жизни [1,2,3]. В последние годы появились работы, убедительно доказывающие возможность и целесообразность применения атензионных технологий в ургентной хирургии [4,5]. К настоящему времени выполнение ненатяжной пластики рекомендовано при ущемленной грыже [6]. Однако ни одна герниологическая школа мира не дает однозначных рекомендаций относительно применения ненатяжной пластики в высококонтаминированной ране, выбора метода имплантации и материала сетки [7,8]. Хроническая парапротезная инфекция относится к нерешенным проблемам хирургии как в Европе, так и в Америке [9,10]. В эксперименте установлено, что репаративный процесс после имплантации сетки в условиях бактериального обсеменения протекает иначе, его фазы остаются прежними, но их течение в 2 раза замедляется [11]. Рост микроорганизмов зависит также от типа эндопротеза, материала, из которого он изготовлен. Известно, что микропористые сетки (политетрафторэтилен) не следует применять даже при малейшей возможности инфицирования [12]. С другой стороны, успешное применение макропористых эндопротезов (полипропилен, реперен) в неотложной хирургии подтверждено определенным опытом [13]. Особенно актуален данный вопрос в тех случаях, когда синтетические материалы применяются по относительным показаниям (грыжи W1 по классификации Chevrel - Rath и превентивная пластика), а также при критически высокой обсемененности области имплантации (перитонит) [14,15,16]. Количество работ, в которых подробно и всесторонне исследована ситуация при использовании синтетических материалов в заведомо инфицированном операционном поле, весьма ограничено [17,18,19].

Ряд проблем может быть обусловлен формированием микробных биопленок на поверхности эндопротезов и шовного материала, что является основой для неблагоприятного течения послеоперационного периода, формирования хронических очагов инфекции [20]. Нет однозначных данных относительно зависимости бактериального роста от материала макропористых эндопротезов. Показано, что колонизация ассоциирована с гидрофобными свойствами, мультифиламентностью сетки и наличием ниш в ее волокнах [21].  Достоверно доказано, что после ненатяжной пластики в условиях инфицирования как минимум в течение 90 дней сохраняется бактериальная контаминация зоны вмешательства, даже при отсутствии макроскопических признаков воспаления [22]. Эта закономерность установлена в эксперименте, авторами применены стандартные и легкие сетки из полипропилена с размерами пор 0,8 – 3,6 мм [22]. Вопросы применения эндопротезов, полимерных покрытий в условиях компрометированной зоны вмешательства относятся к нерешенными проблемам хирургии и требуют проведения серьезных исследований, как клинических, так и экспериментальных.

Цель работы – изучить в эксперименте особенности формирования микробной биопленки на поверхности синтетических эндопротезов, применяемых в современной хирургии для пластики брюшной стенки по поводу грыж.

Материал и методы. В лабораторных условиях воспроизвели контаминацию сетчатых эндопротезов, применяемых в неотложной хирургии, культурами стафилококков и синегнойной палочки. Использовали штаммы Staphylococcus epidermidis (штамм 178М), Staphylococcus aureus (5983/5), Pseudomonas aeruginosa (штамм 485), выделенные ранее из клинических источников. Колонизацию эндопротезов осуществили в соответствии c общепринятыми стандартами [23]. В работе исследовали сетки из стандартного полипропилена отечественного производства (толщина сетки 500 мкм, нить 120 мкм, плотность 62 г/м²), унифлекса (поливинилиденфторид, толщина сетки 480 мкм, нить 120 мкм, 160 г/м²), флексилена (поливинилиденфторид и полипропилен, толщина сетки 500 мкм, нить 120 мкм, 90 г/м²), легкие полипропиленовые сетки (толщина сетки 390 мкм, нить 90 мкм, 36 г/м²)  импортного производства, эндопротезы из реперена (двухслойного, трехслойного с гладкой поверхностью, толщина 300 мкм).

Выполняли контаминацию in vitro, для чего фрагмент сетки площадью 1 см² помещали в чашку  Петри диаметром 36 мм, содержащую 4 мл трипсинизированного соевого бульона, в котором были суспендированы бактерии в концентрации 10⁷ КОЕ/мл. Далее проводили инкубацию в течение 48 часов. Препараты фиксировали 4%-ным формалином,  высушивали, изучали под микроскопом ЛОМО в темном поле (объектив 1,6х40), документировали при помощи фотографирования. Для сравнительной оценки использовали балльную оценку (0-4) покрытия сетки биопленкой аналогично Вандербильтской шкале, применяемой в герниологии для изучения адгезивного процесса на поверхности эндопротеза [24]. Результаты анализировали статистически  с помощью теста Mann - Whintey средствами Origin Pro в среде Windows 7 на компьютере Emachines.

Результаты. Показатели колонизации синтетических эндопротезов отражены в таблице 1. В серии с P. aeruginosa получены следующие данные. На поверхности эндопротезов из стандартного полипропилена обнаружена биопленка, покрывающая практически всю сетку (фото 1,2). 

Фото 1. Биопленка P. aeruginosa на сетке из стандартного полипропилена.

Фото 2. Волокна сетки из стандартного полипропилена (контроль).

Такая же структура выявлена на эндопротезах из унифлекса и флексилена (фото 3). Более устойчивой к контаминации оказались импортная сетка из легкого полипропилена (фото 4) и эндопротезы из реперена (особенно его сверхгладкая поверхность). 

Фото 3. Биопленка P. aeruginosa на сетке из унифлекса.

Фото  4. Эндопротез из легкого полипропилена (импортный). Небольшая колония P. aeruginosa на волокне.

Колонизация сеток  составила в среднем 2,85  балла: из полипропилена 3,8, из флексилена - 3,75, из унифлекса - 3,67, из реперена - 2,45 (p=0,024), из импортного легкого полипропилена - 0,67 (p=0,009).

В серии опытов с культурой Staphylococcus aureus результаты оказались другими. На поверхности эндопротезов из реперена 1 типа выявлена типичная биопленка (фото 5).

Фото 5. Биопленка S. aureus на поверхности эндопротеза 1 типа из реперена.

Поверхность эндопротезов из реперена 2 типа была покрыта колониями микроорганизмов, причем гладкая сторона сеток была даже более подверженной бактериальному росту (фото 6).

Фото 6. Эндопротез из реперена 2 типа с кластерами S. aureus.

Волокна эндопротезов из полипропилена отечественного производства были практически полностью покрыты биопленкой S. aureus (фото 7). 

Фото 7. Биопленка S. aureus на поверхности волокон полипропилена.

Существенно меньшей была площадь биопленки на волокнах флексилена, унифлекса и на легкой импортной сетке (фото 8).

Фото 8. Участок биопленки S. aureus на волокне легкой полипропиленовой сетки.

Колонизация сеток  составила в среднем 2,52 балла: из полипропилена 3,67, из реперена - 3,27, из флексилена - 2,5, из унифлекса - 1,33, из импортного легкого полипропилена - 0,5 (p=0,046).

В серии опытов с культурой S. epidermidis выявлено следующее. Бактериальный рост на легкой полипропиленовой сетке варьировал от единичных колоний до плотного заселения стафилококками поверхности эндопротеза. Более выраженная контаминация отмечена на флексилене, унифлексе. На полипропиленовых волокнах также формировалась биопленка S. epidermidis, но плотность бактерий была меньше, чем в опыте с культурой S. aureus. На шероховатой поверхности эндопротеза из реперена 1 типа визуализирована типичная биопленка, на гладкой – контаминации практически не было (фото 9,10). 

Фото 9. Биопленка S. epidermidis на шероховатой поверхности эндопротеза 1 типа из реперена.

Фото 10. Минимальная контаминация S. epidermidis на гладкой стороне эндопротеза 1 типа из реперена.

В то же время, на шероховатой поверхности реперена 2 типа было обнаружено множество бактериальных кластеров, на гладкой – типичная биопленка S. epidermidis (фото 11).

Фото 11. Биопленка S. epidermidis на гладкой поверхности эндопротеза 2 типа из реперена.

Колонизация сеток составила в среднем  2,02 балла: плетеных сеток из полипропилена и унифлекса - 1,53, из реперена – 2,5 (p=0,044).

Обсуждение. Полученные результаты не противоречат имеющимся литературным данным [11,21]. В настоящей работе подтвержден феномен бактериального роста на макропористых сетчатых эндопротезах и формирование биопленки P. aeruginosa, S. aureus, S. epidermidis на каждом из исследованных материалов в течение 48 часов. Если это критически важное время для периоперационной антибиотикопрофилактики будет упущено, дальнейшая борьба с инфекцией становится малоэффективной, так как на имплантате сформируется биопленка. Некоторые авторы указывают, что в последующем in vivo вокруг инфицированного эндопротеза образуется  соединительнотканная капсула, но биопленка уже не исчезает [25]. По нашим данным, способность образовывать биопленку на синтетических эндопротезах у P. aeruginosa максимальная (2,85) у S. epidermidis слабее (2,02), различия достоверны (p=0,027). Эти результаты частично согласуются с данными других авторов [17,21]. С другой стороны, различие между колонизацией сетки P. aeruginosa (2,85)  и S. aureus (2,52) не является значимым (p=0,46). Зависимость формирования биопленки от материала, структуры, рельефа поверхности эндопротеза подчеркивают зарубежные авторы [12,21,23]. Однако она существенно отличается для разных микроорганизмов, что впервые выявлено в данной работе. P. aeruginosa значительно слабее контаминирует легкие полипропиленовые сетки, чем любые другие. Для штаммов S. epidermidis такой градации нет. P. aeruginosa интенсивнее заселяет сетки из стандартного полипропилена, чем гладкую поверхность эндопротеза из реперена. Однако опыты с культурой S. epidermidis  продемонстрировали обратное явление. Мы не рассматриваем полученные результаты как неоспоримые закономерности, так как следует учитывать присущее бактериям внутривидовое (штаммовое) разнообразие свойств, в том числе - способности формировать биоплёнки.

Заключение. На поверхности макропористых синтетических эндопротезов в условиях бактериальной контаминации in vitro в течение 48 часов могут формироваться бактериальные биопленки. Наибольшей способностью к этому обладает P. aeruginosa, меньшими – S. aureus, S. epidermidis. Данный феномен может являться предпосылкой для развития ряда осложнений, как в ближайшем, так и в отдаленном послеоперационном периоде. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что образование биопленки представляет собой универсальный механизм инфицирования сетки, который может быть реализован на любом эндопротезе. Его особенности в конкретном случае зависят от материала, типа эндопротеза, микрорельефа его поверхности, штамма микроорганизма. Для выполнения операций с применением синтетических материалов в условиях бактериальной контаминации необходимо разрабатывать особые эндопротезы, которые были бы способны противодействовать колонизации и образованию биопленки.