Большинство широко применяемых в медицине материалов не обладают достаточной биосовместимосью, что при непосредственном контакте крови с поверхностью таких материалов вызывает выраженную реакцию на инородное тело [1]. Следовательно, для улучшения биосовместимости необходимо модифицировать поверхность материалов, непосредственно контактирующих с биологическими тканями, добиваясь улучшения их биосовместимость и придавая поверхностям физиологическую активность [4-7]. Целью настоящего исследования явилось сравнение биосовместимости половолоконных оксигенаторов с полимерным покрытием и без него.
Исследовалась биосовместимость оксигенаторов двух типов: с покрытием поли-(2-метоксиэтил)-акрилатом (X-Coating, Terumo Inc., Япония), и без покрытия (Capiox SX18, Terumo Inc., Япония). Адсорбция белка и адгезия форменных элементов крови определялась в пробах крови, выполнявшихся на пяти стадиях операционного периода: до начала перфузии (T1), во время перфузии (Т2), в конце перфузии (Т3), после введения протамина (Т4) и в отделении реанимации (Т5). После операции определяли степень адгезии форменных элементов крови, в частности, тромбоцитов.
Для проведения исследования была отобрана группа из 55 пациентов, которым выполнялось шунтирование трех коронарных артерий. Затем пациенты были разделены на 2 группы. В одну группу вошли 27 пациентов, у которых использовали оксигенаторы с покрытием ПМЭА (X-Coating), в другую — 28 пациентов, у которых прменялись оксигенаторы Capiox SX 18 без покрытия. В первой части исследования оценивали количество эритроцитов и лейкоцитов в пробах крови (T1-T5) группы пациентов с оксигенаторами без покрытия. Для двух групп отмечались схожие тенденции изменения показателей, однако между ними имеются достоверные различия. Эти различия также подтверждаются данными клинических наблюдений, таких, как меньшая выраженность кровотечения у пациентов в группе с оксигенаторами с покрытием X-Coating. Снижение количества тромбоцитов отчетливо видно при сравнении этапов T1 и T5 в обеих группах. Снижение количества тромбоцитов менее выражено в группе ПМЭА. Среднее значение снижения количества тромбоцитов для оксигенаторов без покрытия составило 116 000 клеток/мм3, в то время как для группы ПМЭА — 36 000. Полученные данные согласуются с данными клинических наблюдений. Отмечено, что меньшая выраженность послеоперационного кровотечения и сокращение времени кровотечения может объясняться агглютинацией тромбоцитов [10-12].
Агрегация и агглютинация тромбоцитов наблюдалась в буферном растворе, в котором находились обработанные ультразвуком волокна оксигенаторов. На рисунке 1-а — пример агрегации тромбоцитов на волокнах, на рисунке 1-в — агглютинация тромбоцитов. Адгезия и агрегация тромбоцитов в большей степени наблюдалась в группе оксигенаторов без покрытия по сравнению с оксигенаторами с ПМЭА — покрытием. Согласно клиническим наблюдениям, более выраженное и длительное кровотечение отмечалось в группе оксигенаторов без покрытия, что также может быть обусловлено агрегацией и агглютинацией тромбоцитов [10-12].
Рисунок 1. Оптическая микрофотография тромбоцитарного агрегата на поверхности волокна: a — с увеличением 4х, b — с увеличением 100х.
Во второй части исследования оценивались показатели белков плазмы крови в пробах, взятых в обеих группах пациентов на этапах Т1-Т5. Оценивались показатели содержания альбумина, фибриногена, общего белка. Данные двух групп пациентов имеют статистически значимые различие на всех этапах (Т1-Т5). Различие между двумя группами в снижении содержания альбумина плазмы имеет большое значение в определении степени снижения уровня общего белка. Лабораторные данные согласуются с клиническими наблюдениями. Аналогичные результаты были получены Saito et al. [13], отмечавшим, что контуры с покрытием ПМЭА адсорбируют меньшее количество белка по сравнению с контурами без покрытия.
Показатели уровня фибриногена имеют максимальную разницу между этапами Т1 и Т5. Снижение уровня фибриногена в группе с покрытием ПМЭА менее выражено по сравнению с группой без покрытия. В группе без покрытия средний показатель снижения уровня фибриногена составил 1,34 г/л, в группе с покрытием ПМЭА — 0,25 г/л — значимые различия. Показатели АЧТВ и протромбинового времени изменяются сходным образом, что коррелирует с данными других авторов [14]. Как отмечают другие авторы, снижение уровня фибриногена при использовании оксигенаторов без покрытия приводит к увеличению времени свертывания [10-12]. Полученные данные объясняют причину большей продолжительности кровотечения при использовании оксигенаторов без покрытия.
Исследовался также и десорбированный белок, находившийся на волокнах оксигенаторов. Полученные данные согласуются с результатами анализов белка плазмы крови. Больший уровень десорбированного протеина отмечался в группе с волокнами без покрытия. Среднее значение для оксигенаторов без покрытия составило 5,70 мг/дл, для оксигенаторов с покрытием ПМЭА — 1,46 мг/дл. Данные свидетельствуют о том, что на поверхностях без покрытия отмечается значительно большая адгезия белка. Причиной повышенного уровня десорбированного белка может быть также отслоение от поверхности волокна клеточных агрегатов. Полученные значения уровня белка важны с точки зрения содержания альбумина. Из полученных данных можно сделать вывод, что покрытие ПМЭА более гидрофильно по отношению к белку.
Для оценки количества белка на волокнах с покрытием и без покрытия пробы с десорбированным белком исследовались с помощью сканирующей туннельной микроскопии. В качестве модели для исследования был выбран альбумин человеческий плазмы, поскольку он имеет высокую концентрацию в плазме. Десорбированные белки были обнаружены только в пробах с волокнами без покрытия. В пробах, вероятно, содержались как нормальные, так и денатурированные белки и их фрагменты [20]. Следовательно, можно сказать, что количество денатурированного белка больше в пробах с волокнами без покрытия.
Зарегистрированные показатели общего белка, альбумина, фибриногена, эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, пробы крови брались на 5 этапах: до операции, (Т1) при искусственном кровообращении (Т2), после окончания ИК (Т3), после введения протамина (Т4), в отделении реанимации (Т5). Средний уровень снижения содержания фибриногена плазмы составил 1,34 г/л для оксигенаторов без покрытия и 0,25 г/л для оксигенаторов с покрытием ПМЭА. После анализа уровня белка во время операции было выполнено исследование поверхностей использованных оксигенаторов, уровень адсорбции белка составил 1,46 мг/дл для оксигенаторов без покрытиея и 5,70 мг/дл для оксигенаторов с покрытием.
Уровень агрегации томбоцитов был выше на волокнах без покрытия. Он составил 116 000 клеток/мм3 для волокон без покрытия и 36 000 клеток/мм3 для волокон с покрытием ПМЭА. У пациентов, оперированных с применением оксигенаторов с покрытием ПМЭА, отмечалось меньше кровотечений, у пациентов, оперированных с применением оксигенаторов без покрытия, наблюдалось более длительное и выраженное кровотечение, снижение уровня фибриногена приводило к увеличению времени свертывания. Степень адсорбции и денатурации белка на волокнах исследовалась с помощью сканирующей туннельной микроскопии, обнаружившей большее количество белка в пробах с волокном без покрытия.
В настоящем исследовании проведен анализ адгезии белка, альбумина и форменных элементов крови к поверхности волокон с покрытием ПМЭА и без покрытия. Статистически значимые различия отмечались во всех пробах на всех этапах (T1-T5) для уровней фибриногена и адгезии тромбоцитов. Более выраженное и длительное кровотечение отмечалось у пациентов, оперированных с применением контуров без покрытия. Этот факт объясняется не только снижением количества тромбоцитов, но и уровня фибриногена в группе с оксигенаторами без покрытия. Это предварительное исследование не дает полного представления о биосовместимости, однако можно утверждать, что покрытие ПМЭА снижает степень адгезии тромбоцитов и степень адсорбции альбумина и фибриногена.
Следовательно, волокна с покрытием ПМЭА имеют ряд преимуществ по сравнению с волокнами без покрытия.
