New Observations on the Healing Process in Prosthetic Substitution of Large Veins by Microporous Grafts - Animal Experiments

Summary

Based on the experimental experiences in more than 180 implantations of different materials as venous substitutes segments of the inferior vena cava have been replaced in 34 dogs by Polyurethane (low microporosity) and modified e-PTFE prostheses (increased microporosity of 60 μm and 90 μm fibril length). The 12 months patency rate didn't differ between both tested optimized materials and ranged from 43 to 50 %. After a follow-up of 12 months the grafts were taken out and analysed by light, immunofluorescence microscopy, scanning and transmission electron microscopy. In addition a new technique of microcorrosion casts was used for SEM-analyses. As a result a transmural microvessel system in the microporous meshwork of the prostheses with multiple orifices at the inner surface of the grafts could be demonstrated. Complete endothelialization was only observed in e-PTFE prostheses of high microporosity (> 60 μm fiber length). There is strong evidence that a full tissue incorporation of microporous artificial grafts mainly depends on a sufficient primary intramural deposit of blood components (fibrin, platelets, leucocytes), which initiates cell invasion from the surrounding tissue, accompanied by a highly developed microvessel network. A multifocal endothelialization takes place from the numerous microvascular orifices on the inner surface of the prostheses. Other sources such as pannus invasion or adhesion of multipotent cells from the blood stream play probably a very limited role.

Zusammenfassung

Nachdem in tierexperimentellen Voruntersuchungen unterschiedliche künstliche Blutleiter in mehr als 180 Implantationen als Ersatz großkalibriger Venen erprobt wurden, erfolgte jetzt bei 34 Hunden der Ersatz der Vena cava inferior durch Polyurethan mit niedriger und modifizierten e-PTFE-Prothesen mit erhöhter Mikroporosität (60 und 90 μm Fibrillenlänge). Da es sich bereits um verbesserte Venenprothesen handelte, wurde auf jegliche Protektion (av-Fistel, Antikoagulation) verzichtet. Die Offenheitsraten der getesteten verbesserten Materialien nach 12 Monaten Beobachtungsdauer unterschieden sich statistisch nicht, sie betrugen 43 - 50 %. Nach einer Beobachtungsdauer von 12 Monaten erfolgte die Explantation der künstlichen Blutleiter und deren licht-, immunfluoroszenz-, raster- und transmissionselektronen-mikroskopische Untersuchung. Darüber hinaus wurde eine neue Technik zur Herstellung von Mikrokorrosionspräparaten für die rasterelektronenmikro skopische Analyse eingesetzt. Hierbei zeigte sich ein transmurales Gefäßsystem im mikroporösen Maschenwerk der Prothesen mit multiplen Öffnungen auf der inneren Oberfläche der Kunststoffgefäße. Eine vollständige Endothelauskleidung in gesamter Länge der künstlichen Blutleiter wurde jedoch nur bei e-PTFE-Prothesen mit erhöhter Mikroporosität (mehr als 60 μm Fibrillenlänge) gefunden. In den bisherigen Voruntersuchungen war es unter Anwendung des gleichen Testmodells zu keiner kompletten Endothelauskleidung gekommen, weder bei Textilprothesen, e-PTFE üblicher Mikroporosität (20-30 μm) noch bei Polyurethan. Es muß angenommen worden, daß eine komplette Inkorporation geeigneter künstlicher Blutleiter in erster Linie von einer erhöhten Mikroporosität und somit einer ausreichenden initialen Ablagerung von Fibrin, Thrombozyten und Leukozyten, d.h. einem intramuralen Thrombus abhängt. Dieser induziert nach den vorliegenden Untersuchungen, wahrscheinlich aufgrund der Freisetzung von angiogenen Wachstumsfaktoren, sowohl die Invasion von Bindegewebe als auch eines ausgedehnten Mikrogefäßnetzes aus dem Transplantatlager. Nur hierdurch wird eine multifokale Endothelauskleidung, ausgehend von zahlreichen trichterförmigen Mikrogefäßöffnungen an der inneren Oberfläche der Prothese, ermöglicht. Demgegenüber spielen andere Quellen, wie z.B. die Invasion von Pannus aus den angrenzenden Wirtgefäßstümpfen oder die Haftung und Differenzierung von jugendlichen Zellen des Bindegewebes und von mononukleären Zellen des vorbeifließenden Blutes für die Endothelialisation, mutmaßlich eine untergeordnete Rolle. Die beschriebenen Einheilungsmechanismen unterscheiden sich von den bisherigen bekannten Hypothesen der sog. “Fremdkörperinkapsulation” oder der “Neoarteriogenese” künstlicher Blutleiter.

Key words

Transprosthetic vascularization - Mechanisms of endothelial lining - Microcorrosion casts