Введение
Медицинская техника для выращивания тканей
Расширение тканей – это хирургическая техника, используемая пластическими, челюстно-лицевыми и реконструктивными хирургами для стимуляции роста дополнительной кожи, кости или других тканей организма. Другие биологические процессы, такие как воспаление тканей, также могут рассматриваться как расширение (см. раздел «Воспаление тканей» ниже).
Расширение кожи
Расширение кожи – распространенная хирургическая процедура, позволяющая вырастить дополнительную кожу посредством контролируемого механического растяжения. Она создает кожу, соответствующую по цвету, текстуре и толщине окружающей ткани, при этом минимизируя рубцы и риск отторжения. Когда кожа растягивается за пределы своего физиологического предела, активируются пути механотрансдукции. Это приводит к росту клеток и образованию новых клеток. В некоторых случаях этого можно достичь путем имплантации надувных баллонов под кожу. Наиболее распространенный метод заключается в том, что хирург вводит надувной расширитель под кожу и периодически, в течение недель или месяцев, вводит физиологический раствор для медленного растяжения налегающей кожи. Рост ткани является постоянным, но в определенной степени происходит сжатие после удаления расширителя. Существуют также устройства для местного расширения тканей. Они имеют преимущество в виде низкой стоимости и не требуют хирургического вмешательства для имплантации под кожу. Например, эта техника может использоваться при хирургической реконструкции молочной железы после ее удаления (мастэктомии). Впоследствии под расширенный кожный карман имплантируется более постоянный имплантат, заполненный физиологическим раствором или силиконовым гелем. В других случаях избыточная кожа специально выращивается путем расширения на спине или ягодицах, чтобы впоследствии ее можно было использовать для пересадки на участки, где кожа была утрачена в результате травм, обширных ран, хирургических вмешательств, ожогов и т.д.
Радиальные свободные лопатки передней части руки
Недавние исследования показали, что использование местного расширения тканей может снизить потребность в тонкослойном кожном трансплантате после забора свободного лоскута с предплечья. Авторы отметили, что это приводит к уменьшению боли и сокращению времени заживления. Этот метод также оказался экономически выгодным. Например, у пациента, у которого была удалена меланома кожи головы, что привело к дефектам алопеции (выпадению волос), расширение тканей может быть использовано для удаления рубцов и полного восстановления волосяного покрова. Два основных показания для выбора расширения тканей вместо пересадки волос – это размер и форма дефекта по отношению к потенциальному объему донорских волос, а также качество и толщина рубцовой ткани. Участки с выраженными рубцами и/или атрофией тканей, где пересадка волос, вероятно, будет безуспешной, лучше иссечь и заменить нормальной расширенной кожей головы. Согласно исследованиям доктора Джеффри Стюарта Эпштейна, проведенным им во время работы профессором в Университете Майами, теоретически не существует ограничений на объем ткани, который можно создать с помощью расширения тканей, при условии, что процесс проводится постепенно.
Восстановление кожи
Расширение тканей также используется для техники восстановления крайней плоти, которая обычно проводится без хирургического вмешательства и предполагает создание внешнего натяжения с помощью специализированных устройств для замещения удаленных тканей новыми клетками. Нехирургические методы расширения тканей позволяют увеличить объем сохранившейся кожи полового члена, формируя более длинный канал, способный выполнять функции крайней плоти. Мужчины, перенесшие обрезание, растягивают и создают натяжение на остатки крайней плоти и ствол полового члена, чтобы расширить и удлинить ткани с целью формирования функциональной крайней плоти. Этот вид расширения тканей может занимать годы, поскольку для достижения необходимого результата требуется увеличение площади кожи примерно на 39 квадратных сантиметров (около 15 квадратных дюймов).
Расширение костной ткани
Кость – это еще одна ткань, которую можно относительно легко расширить, используя внешние устройства, которые медленно разводятся механическими приспособлениями, стимулируя рост кости в ответ на растяжение (костный дистрактор). Изучались и другие методики и внешние устройства, продемонстрировавшие определенный успех, например, в хирургии Fitbone. Эта техника была впервые разработана в 1951 году российским врачом Илизаровым и называется аппаратом Илизарова. Он позволяет удлинять конечности при патологической потере костной ткани, асимметрии конечностей, карликовости, низком росте и других состояниях. В реконструктивной и косметической хирургии расширители костей используются для удлинения нижней челюсти при врожденных дефектах, травмах, опухолях и т.д. Также применяются более современные устройства, такие как Orthofix и внутрикостный скелетный кинетический дистрактор (ISKD), для удлинения конечностей. С их помощью можно увеличить длину кости более чем на 15 сантиметров, однако это дорогостоящая, болезненная и длительная процедура (каждый курс занимает около 8–12 месяцев).
Расширение мышц
Мышечная ткань также может расширяться и расти в процессе, известном как миофибриллогенез, индуцированный растяжением.
Воспаление тканей
Воспаление в биологическом смысле – это клеточная реакция организма на нарушения, как внутренние, так и внешние. При астме или хроническом бронхите организм человека реагирует на аллергены или загрязняющие вещества, вызывая приток мононуклеарных клеток к бронхиальному дереву и стенкам дыхательных путей. Слои стенки дыхательных путей, включая внутренний эпителиальный слой, утолщаются и расширяются на 10–300% по сравнению со здоровыми людьми, что затрудняет воздушный поток. Длительное течение заболевания в сочетании с гиперреактивностью дыхательных путей (спазм гладкой мускулатуры или бронхиальная гиперреактивность) приводит к хроническому, непрерывному воспалению и утолщению, а также к выраженному ремоделированию дыхательных путей, характеризующемуся снижением эластичности и повышением жесткости. Воспаление в суженном цилиндре, таком как дыхательные пути, в конечном итоге приводит к самоперекрытию, вызывая механически изученные закономерности деформации и взаимосвязи роста в тканевых оболочках.
Расширение ткани груди
Расширение тканей – распространенный метод, используемый для реконструкции молочной железы. Он заключается в увеличении объема кожи и мышц груди с помощью временного тканевого расширителя. Примерно через три-четыре недели после мастэктомии в расширитель постепенно вводят физиологический раствор для его заполнения. Этот процесс поддерживается небольшим клапанным механизмом внутри расширителя и продолжается до тех пор, пока его размер не станет немного больше, чем размер другой груди. Обычно на весь процесс уходит от нескольких недель до нескольких месяцев. После нескольких месяцев тканевый расширитель удаляют, и одновременно выполняют реконструкцию микроавтологичным лоскутом или устанавливают постоянный имплант молочной железы. После мастэктомии онколог или врач-радиолог иногда рекомендует химиотерапию или лучевую терапию. Эти методы лечения могут задержать процесс расширения тканей примерно на четыре-восемь недель. Тканевые расширители имеют силиконовую внешнюю оболочку и внутренний клапан или внешний порт для введения физиологического раствора.
Альтернативы расширению кожи
Исследования, посвященные альтернативным кожным трансплантатам, в настоящее время относятся к области тканевой инженерии. Множество созданных в лабораторных условиях тканей и тканеподобных материалов прошли одобрение FDA и поступили в продажу, однако их коммерческий успех был умеренным. Ограничения данной стратегии включают длительные сроки культивирования, а также сложность воспроизведения точных механических и биологических свойств функциональной кожи. Тем не менее, преимущества включают снижение заболеваемости донорских участков (благодаря отсутствию необходимости в заборе кожи для расширения) и наличие готового источника материалов для неотложной медицины при травматических ожогах или ранениях. В настоящее время сохраняется значительный клинический интерес к разработке недорогих искусственных кожных трансплантатов, обладающих механическими и биологическими свойствами кожи.