Полімери і медицина
Новітня область хімії - хімія високомолекулярних соеди-неній- дає медицині можливість піднятися на ще одну ка-кількісний вищий щабель. Синтетичні полімери протягом ко-Ротко періоду часу вторглися в світ людини, тому XX століття прийнято називати «століттям полімерів».
Початком застосування полімерних матеріалів в медицині сле-дует вважати 1788 р коли А. М. Шумлянський застосував каучук. Fraenkel (1895) вперше використав штучний полімер-целулоїд для закриття кісткових дефектів після операцій на черепі, що поклало початок аллопластике - використання раз-особистих матеріалів для заміни живих тканин.
Великий досвід, накопичений багатьма дослідниками по при-трансформаційних змін полімерів в різних областях медичної практики, дозволяє умовно розділити полімери залежно від того, ка-кі вимоги висуває до них медицина:
Iгруппа. Полімерні матеріали, призначені для вве-дення в організм:
- «Внутрішні» протези, пломби, штучні органи;
- шовний та перев'язочний матеріали;
- плазмо - і кровозамінники, дезінтоксікатори, інтерфероногени, антидоти;
- лікарські препарати, виготовлені на основі полі-мерів (в тому числі - іонітів);
- полімери, використовувані в технології лікарських форм (захисні плівки, капсули і мікрокапсули, допоміжні речовини і т. п.).
IIгруппа. Полімерні матеріали, які контактують з тканинами організму, а також з речовинами, які в нього вводяться:
- тара для упаковки і зберігання лікарських засобів, крові і плазмозамінників;
- полімери, що застосовуються в стоматології (крім пломб);
- хірургічний інструментарій, шприци;
- вузли та деталі для медичних апаратів і приладів, в тому числі - напівпроникні мембрани.
IIIгруппа. Полімерні матеріали, не призначені для введення і не контактірующіес речовинами, що вводяться в орга-нізм:
- полімери, що застосовуються в анатомії і гістології;
- предмети догляду за хворими;
- лабораторний посуд, штативи і т. п .;
- обладнання операційних і лікарень;
- оправи та лінзи для окулярів;
- протезно-ортопедичні вироби (в тому числі - взуття);
- лікарняні одяг, білизна, постільні приналежності.
Полімери 1-ї групи призначені для імплантації в організм на різні терміни. Сюди відносяться протези кровоносних судин, клапани серця, протези стравоходу, сечового міхура, уретри, кришталика ока, протези для заміщення дефектів скелета і м'яких тканин, штифти, пластинки для фіксації кісток при переломах, полімерні сітчасті каркаси для з'єднання кишок, сухожиль, трахей.
До полімерів, що застосовуються для виготовлення протезів внутрішніх ор-ганів, висуваються жорсткі вимоги. Найголовніші з них - длитель-ве збереження основних фізико-механічних властивостей в умовах посто-янного впливу ферментативної системи живого організму; біологи-чна інертність, яка обумовлює легку адаптацію організму до імп-лантанту, яка виявляється в його інкапсуляції. Найбільш успішно застосо- вуються поліакрилати - полімери на основі похідних акрилової та метакрилової кислот для цілей аллопластики:
-CH2 _ CH _ -CH2 _ C _ -CH2 _ CH _ _ CH __ C _
COOH n COOH n CN n OH COOCH3 n
поліакрілат поліметілакрілат поліакрилонітрил полігідроксіетілкрілат
У нас в країні з 1946 р поліметілакрілат застосовується в клініці Центрального інституту та ортопедії при артропластике тазостегнового суглоба і остеосинтезе, для заміщення дефектів кісток черепа.
У 1952 р у нас в країні М. В. Шеляховскій при операціях гриж передньої черевної стінки застосував перфоровані пла-Стінкі з фторопласту-4.
У наступні роки для цих же це-лей, а також для пластики діафрагми використовували капронову сітку (конденсат амінокапронової кислоти):
Були отримані також більш досконалі судинні протези з лавсану, синтезованого методом поліконденсації терефталевої кислоти з етиленгліколем, і фторопласту 3 и- 4:
n HOOC- COOH + n HO _ CH2 _ CH2 _ OH -2nH2O [_ OC CO _ O _ CH2 _ CH2 _ O _] n
n СF2 = СF2 → _ З _ З _ n СFСI = СF2 _ З _ З _
Фторопласт - 4 фторопласт-3
Тепер широко застосовуються плетені, в'язані і ткані з-судистую протези марок ПЛ-72-60 і ТТЛ-62, виготовлені з лавсану.
Поліефірні протези кровоносних судин добре вживлені-ються в організм і дають стійкий лікувальний ефект на 4-5 років. Перспективні протези з бактерицидних тканин - летілена, Біолану і йодином. Сітки з цих же полімерів, а також марлекса (етилену з ізобутіленом) виявилися найбільш придатним матеріалом для пластичних операцій при закритті грижових дефектів. Останнім часом успішно вирішене і один з найскладніших питань хірургії - протезування серцевих кла-панів. Якщо спочатку інженери і хірурги намагалися імітувати природний клапан у вигляді трьох пелюсток з фторопластов або поліефірних волокон, то останнім часом працями колективів цілої низки інститутів країни створено надійно працює кульковий клапан із фторопласта (див. Вище) і кремнийорганического каучуку, що повністю відповідає високим тре бованіям.
Найважливішим представником класу кремнійорганічних полімерів є полідиметилсилоксан (силіконовий каучук):
Одним з найбільш примітних властивостей силіконових каучуків є-ється їх фізіологічна інертність, вони не мають ні запаху, ні смаку, мають неперевершеними властивостями по проникності по відношенню до кисню і вуглекислого газу, що дозволяє їх використовувати в якості мембран для оксигенаторів. Цікавим якістю вулканизаторов з си-ліконових каучуків є їх здатність не прилипати до липким по-поверхні. Вони володіють задовільною сумісністю з кров'ю, а при модифікації поверхні не викликають згортання крові. Силіконові гуми на основі полидиметилсилоксана не викликають тканинних реакцій, тому їх використовують як матеріали для імплантації.
Полісілоксани не підтримують зростання бактерій. Вони не травмують живі тканини. Полісилоксанової протези дозволяють відновити рівень працездатності рук, уражених поліартритом.
ВУкаіни зроблений ряд успішних операцій із заміною мітральних і аортальних клапанів кульковим протезом.
У цій області мають бути ще більші роботи з пошуків відповідних полімерів і створення конструкції для успішного протезування суглобів, порожнистих органів, кісток, м'яких тканин, сухожиль, зв'язок і т. Д. До цієї групи належать також протези, призначені для тимчасового перебування в організмі, до зрощення або регенерації тканини, після чого вони повинні пів-ністю розсмоктуватися. Це - різні штифти, пластинки для тимчасової фіксації кісток при переломах, а також кільця, втулки та інші пристосування, які виконують роль каркасів для з'єднання кишок, кровоносних судин, нервів, сухожиль. До цієї групи матеріалів пред'являється великий комплекс вимог, основними з яких є: повна нешкідливість для орга-нізму, рассасиваемость в задані терміни (від 14 днів до року), збереження властивостей при стерилізації, легкість моделювання, достатня міцність. Такі полімери, які стосуються цій групі, найменш вивчені, їх ще дуже мало.
Для створення еластичних протезів внутрішніх органів (стравоходу, трахеї, кровоносних судин і т. Д.), Ймовірно, буде придатна одна з рецептур поліуретанових каучуків.
Поліуретани - продукти синтезу полиизоцианатов з поліспір-тами.
У реакції бере участь як мінімум два поліфункціональних мономера, один з яких має рухливий водень, а інший - групи, здатні прийняти його:
HO _ R _ OH + O = C = N _ R * _ N = C = O → HO _ R _ O _ C _ NH _ R * -N = C = O + O = C = N _ R * = C = O
→ HO _ R _ O _ [_ C _ NH _ R * -NH _ З _ OR _ O _] n _ C _ NH _ R * _ N = C = O
Поліуретани мають в своєму складі сильно полярні уретанові групи Про _ З _ NH _. Їх властивості в значній мірі визначаються відстанню між уретановими групами в макромолекулі.
Відома велика кількість полімерів цього класу соеди-нений з найрізноманітнішими властивостями. Цим поліуретани завоювали репутацію досить перспективних для застосування в медицині. Вони легші за воду, стійкі до дії лугів і сла-Бих кислот.
Поширення отримали пенополіуретани - губчасті пла-стики. Випускаються жорсткі і еластичні пінопласти з різними за величиною порами і різної механічною міцністю. Вони надзвичайно легкі, еластичні, структуростабільни, хімічно і фізіологічно інертні, добре вбирають вологу, застосовуються для пломбування навколониркового простору при урологічних операціях.
Широке застосування знайшли полімери в ортопедичної стоматології - протезуванні. Як відомо, зубні протези повинні бути виготовлені за моделями з особливою точністю, що відбиває форму щелепи, а також положення і форму зубів. Модель готується за негативним відбитком щелепи і зубів, який отримують за допомогою відбитків і зліпків.
Для отримання зліпків використовують різні матеріали, в тому числі і полімерні.
Вперше для цих цілей застосували гутаперчу (С5 Н8) 2. проте вона має цілу низку істотних недоліків.
В даний час запропоновані різні рецептури матеріалу для отримання зліпків з акрилових полімерів і з епоксидних смол.
Пломбувальні матеріали на основі акрилових сополімерів.
Швидкотверднучі пластмаси па основі акрилових со-полімерів (со-полімери - полімери, що містять кілька типів мономерних ланок і одержувані шляхом спільної полімеризації двох або більшого числа мономерів) з'явилися одними з перших кополімерних пломбувальних матеріалів. Починаючи з 50-х років у нас в країні і за кордоном були випущені різні марки цих матеріалів: Портекс, Стеллоне, норакріл. Можливість затвердіння цих композицій при кімнатній температурі обумовлена введенням в їх склад
окисно-відновних систем, що складаються з ініціаторів і активаторів.
Норакріл-65. Норакріл-65 застосовується в терапевти-чеський стоматології для пломбування, відновлення кутів і країв зубів. Норакріл-65 являє собою ма-теріал акрилової групи типу порошок - рідина, отверждающихся при кімнатній температурі. Матеріал характеризується деякою пластичністю, прискореним терміном схоплювання (7-8 хв в порожнині рота). Отверждаясь-ня пластмаси норакріл-65 при кімнатній температурі відбувається внаслідок полімеризації метилметакрилату, яку ініціює бензосульфіновой кислотою і окислювально-відновної системою перекис бензоїлу-діметілпаратолуідін. При змішуванні порошку з рідинно-стю протікають наступні реакції:
а) бензосульфіновокіслий натрій взаємодіє з метакрилової кислотою з утворенням вільної бензосульфіновой кислоти:
б) бензосульфіновая кислота нестійка, легко окис-ляется киснем повітря в бензосульфановую кислоту, при цьому утворюється радикал атомарного кисню:
який ініціює зростання кополімерних ланцюгів (мет) акрилових мономерів. Ланцюгова реакція, що ініціюється бензосульфіновой кислотою, інтенсивніше протікає при температурі 40 "С. Додавання редокс-системи (перекис бензоїлу - діметілпаратолуідін) збільшує ефекти-вність ініціювання системи і призводить до більш повної сополимеризации мономерів при більш низькій температурі і за більш короткий термін.
Передбачається наступний механізм розкладання пе-Рекіс бензоїлу в присутності діметілпаратолуідіна:
→ + C6 H5 COOH + C6 H5 COO.