Зміст.
Вступ. 2
Розділ 1. Медичні полімери. 5
1.1 Полімери медичного призначення. 5
1.2 Класифікація медичних полімерів та сфери їх використання. 6
1.3 Вимоги до медичних полімерів. 8
Розділ 2. Механізми використання медичних матеріалів в біологічних системах.
2.1. Особливості створення та використання протезів. 10
2.1. Полімерні шовні матеріали та полімерні клеї медичного призначення. 14
2.3. Полімери у стоматології. 16
2.4.Використання полімерних матеріалів у офтальмології. 17
2.5 Використання полімерних кровозамінників. 18
Розділ 3. Новітні методи терапії із використанням полімерних матеріалів. 20
Розділ 4. Створення штучних органів і тканин. 24
Висновок. 33
Список використаної літератури. 34
Вступ.
Усім відома здатність окремих органів тіла відновлюватися при різних травмах, пораненнях і т.п. Так, при ушкодженні шкірного покриву відбувається активація системи, що згортає кров, кров згортається й закупорює судини, запобігаючи тим самим повному знекровлюванню й загибелі організму. Пізніше на цьому місці формується нова тканина.
Разом з тим, іноді, залежно від причини травми і її розмірів організм буває не в силахсамупоратися із загоєнням і відновленням якого-небудь органа й потребує допомоги ззовні, тобто хірургічного або іншого втручання. У найбільш складних випадках може знадобитися повна заміна ушкодженого органа або тканини.
І тоді виникає питання, чим заміняти? Можна використати відповідний орган, узятийу донора, живого або померлого, або спеціальний протез, здатний відтворювати, хоча б частково, біологічну функцію вилученогооргана. Відзначимо, що на сьогоднішній день практично всі органи людини, за винятком мозку й шлунка, піддаються моделюванню з метою створення відповідних протезів.
У наш час значних успіхів досягла трансплантація органів від донора до хворого. Початок ери трансплантації відкрив професор Бернард, який 3 грудня 1967 р. в Кейптауні пересадив чоловіку серце дівчини, що загинула в автомобільній катастрофі. Після операції реципієнт прожив 18 днів і помер не через відмовупересадженогооргана, а в результаті ослаблення імунної системи організму й запалення легень. До сьогодні у світі виконані вже сотні таких операцій, і життя деяких хворих продовжене на десять і більше років. У ряді клінік проведені й більш складні операції по одночасномупересадженню серця й іншого органа, наприклад, печінки або обохлегенів. У грудні 1986 р. англійський хірург Д. Уоллворк уперше у світі здійснив одночасно потрійну трансплантацію. Разом з тим, незважаючи на приголомшливі успіхи трансплантології, залишаються невирішеними проблеми наукового, морально-етичного та юридичного характеру, які в значній мірі стримують більше широке застосування методу пересадки органів. Існуючі банки органів і тканин можуть забезпечити матеріалом не більше 10 % хворих, що потребують операцій. Частину проблем намагаються вирішити шляхом використання гетеротрансплантантів, тобто органів і тканин, узятиху тварин. У січні 1984 р. у США була навіть проведена операція по пересадці серця мавпи дівчинці на 15-й день після її народження. Дитина прожила три тижні, після чого в неї перестали функціонувати нирки.
Найважливіша проблема трансплантації – відторгнення пересадженого органа живим організмом – ще далека від остаточного вирішення. Кожен організм на поверхні практично всіх своїх клітин має спеціальний набір білків, названих антигенами сумісності. Будучи однаковими в різних органах і тканинах того самого організму, у різних індивідуумів антигени різні. Тому всяке пересадження живої тканини, узятої від іншого організму, приводить в дію імунну систему. Виявивши й розпізнавши чужорідні клітини й молекули, лімфоцити руйнують їх.
Більшість із перерахованих проблем не виникає при використанні конструкцій із синтетичних матеріалів. Крім того, і це надзвичайно важливо, немає принципових проблем з масовим виготовленням полімерних протезів: це все-таки не банк органів, який формується роками. І хоча зараз полімерні протези вже міцно ввійшли в клінічну практику, необхідний був революційний стрибок у психології лікарів, що заміняють живий орган на «неживу» холодну матерію. Однак реальність наших днів така, що вже зараз, по даних департаменту науки й техніки Японії, у світі штучні кістки й суглоби одержали 17,5×104 чоловік, кровоносні судини – 7,5 ×105 , клапани серця – 3,0×105 , штучну нирку – 7,2 × 105 чоловік.
Настільки стрімке зростання споживання синтетичних полімерних матеріалів у медицині викликалонову, надзвичайно важливу проблему, а саме проблему біологічної сумісності полімерів. Переважна більшість матеріалів медичного призначення функціонує в прямому або непрямому контакті із тканинами організму. Щоправда, вони не викликають імунної реакції, та відторгнення, але наслідки такого контакту можуть виявитися настільки ж несприятливими, якщо заздалегідь не прийняти рішучих заходів.
Для того щоб зробити цей, загалом, очевидний зараз висновок, ученим і фахівцям довелося провести численні дослідження, у результаті яких вдалося сформулювати основні вимоги до полімерів медичного призначення.
Саме використання нових полімерних матеріалів у трансплантології та медичній практиці дозволить покращити лікування людей, багатьом надасть можливість вести активний спосіб життя.
Розділ 1. Медичні полімери.
Полімерні матеріали – матеріали на основі високомолекулярних сполук – речовин, що складаються з однотипних груп атомів, з'єднаних хімічними зв'язками. Основну масу високомолекулярних сполук одержують або методами хімічного синтезу з мономерів – продуктів переробки природної сировини (нафти, газу, вугілля й ін.), або шляхом переробки природних полімерів (наприклад, целюлози, лігніну). До складу полімерів завжди входять наповнювачі, барвники, пластифікатори, стабілізатори й інші домішки, що регулюють функціональні й технологічні властивості полімерів. При виготовленні виробів компоненти, що входять до складу полімера ретельно перемішують для одержання однорідної пластмаси, з якої пресуванням, литтям під тиском, екструзією (формуванням виробів шляхом видавлювання полімерних матеріалів через профілюючий інструмент), вальцюванням або іншим технологічним методом одержують готовий виріб.
1.1 Полімери медичного призначення.
Для медичних цілей використовують полімерні матеріали загальтехнічного призначення, а також спеціальні полімерні матеріали медичного призначення. З перших виготовляють будівельне й санітарно-технічне устаткування лікувальних установ, посуд, предмети догляду за пацієнтами, деталі різних приладів, дослідницької й лікувальної апаратур, інструментів, посуду для аналітичних лабораторій й ін. Застосування полімерних матеріалів замість традиційних матеріалів (металів, скла) обумовлено їх кращими технологічними властивостями, комплексом фізико –механічних характеристик, можливістю переробки у вироби масового вжитку й одноразового застосування. Крім загальтехнічних, до цих полімерних матеріалів пред'являються додаткові санітарно-гігієнічні вимоги – мінімальне виділення в навколишнє середовище газоподібних продуктів, що не перевищує ГДК; нерозчинність у миючих розчинах; можливість стерилізації дезінфікуючими розчинами, газами, УФ-опроміненням, γ-випромінюванням.
Найбільше широко застосовуються полімерні матеріали на основі полівінілхлориду, сополімерів стиролу, поліпропілену, поліметилметакрилату, поліуретанів, фенолформальдегідних смол.
Спеціальні полімерні матеріали медичного призначення призначені для безпосереднього контакту з живим організмом – в ендопротезах і матеріалах для відбудовчої хірургії, у матеріалах і виробах для відбору крові, у вигляді інструментів для внутріорганних досліджень, апаратури, що заміняє функції органів, компонентів терапевтичних і діагностичних засобів. Основу таких полімерних матеріалів становлять синтетичні й природні високомолекулярні сполуки, які не мають на живий організм шкідливого впливу. За характером взаємовпливу на організм полімерні матеріали поділяють на біоінертні, біосумісні та біоактивні.
1.2 Класифікація медичних полімерів та сфери їх використання.
Біоінертні полімерні матеріали: поліетилен, поліпропілен, фторопласт, силікони, поліметилметакрилат практично не змінюють своїх властивостей під впливом середовищ живого організму. У вигляді готових виробів або матеріалів їх використовують для створення штучних судин (поліетилентерефталат, поліпропілен, фторопласт), клапанів серця (силікон, фторопласт, поліпропілен, поліетилентерефталат), кришталиків очей (поліметилметакрилат), частин ендопротезів суглобів (поліаміди, фторопласт), як штучні сухожилля, м’язові зв'язки (поліпропілен, поліетилентерефталат), деталей апаратів штучної нирки, штучного серця (поліетилен, поліпропілен, поліакрилати, силікони, ефіри целюлози).
Біосумісні полімерні матеріали здатні поступово піддаватися біодеструкції або розчиненню в біологічних середовищах, що дозволяє найбільш сприятливо здійснювати відбудовні хірургічні операції, використовуючи регенераторні функції організму. Матеріали сополімерів вінілпіролідона, акриламіду, акрилатів, поліамідів у вигляді комбінованих протезів, сіток, плівок, листових матеріалів, піноматеріалів, клейових композицій, що розсмоктуються, застосовують для тимчасового заміщення тканин при резекціях, зміцненні стінок органів, закриття ран внутрішніх органів, заповнення післяопераційних порожнин. У травматології біосумісні полімерні матеріали із співполімерів вінілпіролідона й метилметакрилату застосовують для заміщення дефектів кісткової тканини, у вигляді різних сполучних елементів, для склеювання кісткових уламків. У серцево-судинній хірургії аналогічні полімерні матеріали використають при протезуванні судин, зміцненні серцевої стінки.
Біоактивні полімерні матеріали можуть мати фізіологічну активність завдяки лікарським препаратам, що утримуються в них у вигляді компонента. Застосовують готові лікарські форми у вигляді композицій, де високомолекулярні з'єднання або відіграють роль основи-носія (очні лікарські плівки з різними препаратами – сульфапіридазином, пілокарпіном, тринітролонг, динітросорбілонг), або мають власну фізіологічну активність макромолекул – полімерні ліки, антитромбогені полімерні матеріали, штучні плазмо- і кровозамінники, ентеро- і гемосорбенти. Для біосумісних і біоактивних полімерних матеріалів використовують високомолекулярні сполуки на основі N-вінілпіролідона, акриламіду, деяких акрилатів, похідні целюлози.
1.3 Вимоги до медичних полімерів.
Добре відомо, що зовсім чистих речовин практично не існує. Те ж, але в набагато більшій мірі відноситься й до полімерів. Полімери, які випускаються промисловістю,містятьвелику кількість різних низькомолекулярних речовин (залишки мономерів ікаталізаторів полімеризації, барвники, стабілізатори, наповнювачі, які в живому організмі здатні вимиватися з полімерів і здійснювати негативний вплив на цей організм. Отже, вміст таких домішок повинен бути зведений до мінімуму, що за токсикологічними оцінками, наприклад для кремнійорганічних полімерів, повинен становити 10-5 - 10-6 %. А це вже наближається до чистоти матеріалів для мікроелектроніки.
Необхідність задоволення всіх цих численних вимог, вимагала істотної зміни культури виробництва багатьох полімерних матеріалів. У технічно розвинених країнах виникла ціла галузь промисловості, що спеціалізується на випуску таких полімерів. У більшості випадків виробництво полімерів медичного призначення й виробів на їхній основі здійснюється у стерильних умовах, що виключають найменше забруднення полімерних продуктів. Все це вимагає, звичайно, додаткових капіталовкладень у виробництво й переробку полімерів медичного призначення. Однак наявність стабільного й зростаючого збуту таких виробів, а також сам характер розв'язуваних при цьому проблем, зв'язанихзі здоров'ям людини, є головними факторами, що стимулюють розвиток виробництва таких полімерів. Так, у США в 1976, 1980, 1981 й 1982 р. у медицині було використано 535, 650, 816 й 900 тисяч тонн синтетичних смол і пластмас, що склало близько 5 % від їхнього загального споживання в країні. В останні роки медицина по обсягу споживання синтетичних пластмас займає в США четверте місце (після пакувальної промисловості, будівництва, електротехніки й електроніки).
Разом з тим зміни культури виробництва полімерів у багатьох випадках виявилосянедостатньо для задоволення усе більшезростаючих вимог практичної медицини. На базі вивчення всіх аспектів взаємодії полімерів з живим організмом були успішно синтезовані зовсім нові речовини й матеріали з незвичайним комплексом властивостей, що істотно розширили області застосування синтетичних полімерів у медицині.
Недостатньо лише одержати чистий полімер, його необхідно ще переробити у виріб і простерилізувати. Часто застосовуваний для стерилізації окис етилену не тільки сорбується полімерами, але й може з деякими з них реагувати, істотно змінюючи властивості їхньої поверхні.
Імплантовані в організм на тривалий термін полімери повинні мати необхідний комплекс хімічних, фізичних і механічних властивостей для забезпечення необхідних функцій і зберігати ці властивості протягом усього часу перебування в організмі. Навпроти, якщо мова йде про тимчасовий імплантат, наприклад хірургічні нитки, то матеріал повинен повністю розкладатися в живому організмі, виконавши свої функції, без виділення токсичних продуктів.
Звичайна взаємодія полімерних речовин з фізіологічним середовищем супроводжується або розчиненням полімеру без зміни його молекулярної маси, або руйнуванням полімеру шляхом гідролізу основних зв'язків макромолекули або шляхом фагоцитарного руйнування (фагоцитоз – захисна клітинна реакція на сторонні предмети, що полягає в активному захоплюванні клітинами сторонніх часток з наступним їхнім внутрішньоклітинним перетравлюванням). При цьому біодеструкції піддаються навіть полімери вкрай інертні з хімічної точки зору. Наприклад, нейлон, що спочатку використовувався для виготовлення протезів аорти, при імплантації в кровотоквтрачає свою міцність на протязі 3 років.
Руйнування полімерного імплантанта в живому організмі може бути причиною ускладнень, які виникають не відразу, а згодом, навіть при дотриманні всіх необхідних правил оперування й за умови відносної хімічної інертності самого полімеру. Якщо продукти біодеградації полімерів (а вони звичайно більш токсичні, чим вихідний полімерний матеріал) створюють дратівнудію, їхня присутність у зоні імплантації буде підтримувати вогнище хронічного асептичного запалення. Говорячи про вимоги, висунуті до полімерів медичного призначення, звичайно згадують і необхідність відсутності в них канцерогенної, мутагенної й іншої токсичної дій, хоча зараз ще не ясно, які саме властивості синтетичних полімерів визначають ці властивості.
Розділ 2. Механізми використання медичних матеріалів в біологічних системах.
Медичні полімерні матеріали широко використовуються у медичній практиці. Вище було розглянуто основні галузі їх використання. Розглянемо основні методи використання їх у медицині та пов’язані із цим проблеми.
2.1. Особливості створення та використання протезів.
Загалом кажучи, всі полімерні матеріали сприймаються клітинами організму як сторонній предмет. Первинна реакція на імплантований полімер неспецифічна і є звичайною реакцією подразнення на сторонній предмет. Звичайно ця реакція являє асептичне запалення, ступінь якого визначається як хімічними, так і фізичними властивостями полімерного матеріалу. Найбільш сприятливим результатом такого запалення вважається утвореннятонкої з’єднувальної капсули. Медичні аспекти поводження того або іншого матеріалу в живих тканинах досить різноманітні: в одних випадках сполучна тканина обволікає протез, в інших проростає крізь нього; серцевий клапан, протез артерії або протез жовчної протоки, навіть якщо вони виготовлені з одного матеріалу, «вживлюються» в організм по-різному – якщо вживлюються взагалі. При протезуванні м'яких тканин важливо домагатися максимальної відповідності фізико-механічних властивостей протеза і його форми аналогічним параметрам живої тканини.
Кровоносні судини пронизують весь живий організм. Саме в них циркулююча кров переносить до тканин й органів поживні речовини й кисень, видаляє продукти метаболізму, транспортує виділені залозами внутрішньої секреції гормони, які регулюють функції органів й обмін речовин, здійснює термостатування організму. Припинення припливу крові до будь-якого органа порушує процеси обміну речовин, що веде до повної або часткової його загибелі. Не вдаючись у можливі причини цього явища, відзначимо лише, що інфаркт, інсульт, тромбофлебіт, емболії, атеросклероз і багато інших хвороб часто пов'язані зі звуженням судин і зниженням кровопостачання тієї або іншої ділянки органу. Дослідження показали, що і в штучній судині і на поверхні будь-якого полімерного протеза, що омивається потоком крові, утворюються тромби, більше того, утворення тромбів другому випадку відбувається набагато швидше, ніж на поверхні матеріалу біологічного походження.
Утворення тромбу – це природна захисна реакція організму на введення чужорідного тіла. Згадаємо, що будь-який поріз супроводжується руйнуванням стінки кровоносної судини, і кров вступає в контакт із новим для неї середовищем – повітрям або зовнішніми тканинами кровоносної судини. При цьому відбувається активація присутніх у крові спеціальних факторів згортання, що приводить до перетворення розчинного білка крові - фібриногену в нерозчинний фібриновий згусток. У переплетених між собою фібринових нитках застрягають елементи крові – еритроцити, лейкоцити, тромбоцити, потік крові утрудняється, а потім і зовсім припиняється.
Аналогічне явище спостерігається й при контакті крові із синтетичними полімерами, навіть самими інертними з них. Уже в перші години, а іноді й перші хвилини на границіполімерного ендопротеза й крові відбувається утворення фібринових згустків. Щоб уникнути або хоча б сповільнити тромбоутворення на полімерній поверхні, необхідно створювати особливі, гемосумісні полімери. Але перш ніж приступитися до цього, потрібно з’ясувати, які процеси відбуваються на поверхні між кров’ю та полімерним матеріалом.
Перший акт взаємодії крові з будь-яким полімерним імплантатом полягає в адсорбції на його поверхні білків плазми й деяких інших речовин – так званих контактних факторів згортання крові. Тепер імовірність утворення тромбу залежить не стільки від властивостей самого полімеру; скільки від природи адсорбованих на поверхні білкових речовин.
Надзвичайно важливим при відбудовній пластиці є й правильний вибір розташування імплантанта відносно тканин протезованого органа. Неодмінною умовою проростання сполучною тканиною пор або комірок протеза є його розташування між шарами тканин. Якщо протез стикається із тканиною живого організму тільки з одного боку, а інша поверхня протеза звернена в просвіт порожнього органа, то не відбувається повної інкапсуляції протеза. Сполучна тканина покриває протез лише із зовнішньої сторони. Саме тому всі спроби відновлення безперервності стравоходу, сечоводів, жовчних проток звичайно закінчуються невдачею.
Говорячи про медичні полімери, не можна не згадати про можливості використання цих матеріалів у травматології й ортопедії. Серед різного роду недуг, що ведуть до смерті, травми в наш час вийшли на третє місце після серцево-судинних й онкологічних захворювань. Тому проблемам лікування травм, усунення їхніх наслідків, повернення потерпілим здатності до повноцінного життя приділяють у наш час значну увагу.
Найбільше поширення в практичній травматології й ортопедії одержалиполімерні ендопротезизв'язок і сухожиль. Ці протези являють собою поліефірні стрічки або сітки, особливим способом прикріплені до суглобів. Зараз відомо більше 50 різних методів таких оперативних втручань: на колінному й тазостегновому суглобах, на стопі, верхніх кінцівках і т.д. Треба відзначити, що міцність поліефірних стрічок, що застосовуються, набагато перевершує необхідну міцність сухожиль або зв'язок. Крім того, у результаті проростання стрічки рубцевими тканинами штучна зв'язка перетворюється в рубцево-полімерний тяж, що перевершує первісну міцність зв’язок у декілька разів.
Успішно застосовуються комбінованіпротези. Так, наприклад, протез тазостегнового суглоба (а у наш час у світі з такими протезами ходять близько двох мільйонів чоловік) являє собою роз’ємне з’єднання пластмасової чашки з надвисокомолекулярного поліетилену й голівкиз ніжкою з спеціальної сталі. Основними показаннями до застосування таких протезів єкоксартроз (відкладення солей), особливо двосторонній, асептичний некроз голівки стегна, поліартрит і т.д. Прогрес у
8-09-2015, 22:48