Полимеры в медицине - ABCD42.RU

Полимеры в медицине

Полимеры в медицине

Полимеры в медицине: особенности применения

Полимерные материалы, находящиеся в контакте с биологическими средами живого организма, могут растворяться в этих средах без изменения молекулярной массы или подвергаться биодеструкции по следующим основным механизмам:

  • гидролиз с образованием макромолекулярных осколков и мономерных продуктов;
  • каталитический гидролиз под влиянием ферментов;
  • фагоцитарное разрушение (защитная клеточная реакция организма на инородное тело).

В реальных условиях скорость биодеструкции, по-видимому, обусловлена суммарным воздействием указанных факторов.

Биологическая активность полимерных материалов связана с образованием продуктов биодеструкции, а также с присутствием в полимерах остаточных мономеров и добавок (пластификаторов, стабилизаторов, красителей, наполнителей, эмульгаторов, инициаторов и др.).

Среди многочисленных проблем санитарно-химических исследований особое значение имеют следующие:

  • выявление токсикологической опасности полимерных материалов на основании качественного и количественного определения состава низкомолекулярных продуктов;
  • изучение закономерностей миграции примесей из полимеров в зависимости от их химической природы и сред живого организма;
  • исследование процессов метаболизма, изменений функциональных систем организма, путей выведения из него продуктов биодеструкции.

Особое значение имеет токсикологическая оценка полимерных материалов, применяемых в медицине в условиях непосредственного контакта с живым организмом. Необходимость тщательной токсикологической оценки полимеров, даже обладающих высокой химической стойкостью и инертностью, связана с тем, что процессы их переработки часто осуществляются при температуpax, близких или превосходящих начальные температуры разложения этих полимеров (табл. 1). Продукты термической и термоокислительной деструкции могут присутствовать в материале в сорбированном виде и оказывать токсическое воздействие на организм, которое непосредственно не связано с химической природой и структурой исходного полимера.

Имплантация в организм животных ряда полимерных материалов, не обладающих общетоксическим действием, может приводить к возникновению злокачественных опухолей. Так, через 6—8 месяцев после имплантации в различные органы крыс гладких пластинок из полиэтилена, поливинилхлорида, фторопласта, полиакрилатов, полиамидов, кремнийорганического каучука и др. наблюдалось возникновение злокачественных опухолей. Однако такое бластоматозное действие наблюдалось лишь на мелких животных (крысы, мыши, хомяки, морские свинки), причем аналогичным образом в этих условиях проявляли себя такие инертные материалы, как стекло, благородные металлы. Установлено также, что имплантация полимеров в виде порошка или перфорированных пластин не вызывает образования опухолей и оказывает слабый бластоматозный эффект. Большинство исследователей считает, что бластомогенное действие биоинертных полимеров обусловлено не их химической природой, а механическим длительным раздражением стенок соединительнотканной капсулы, возникающей вокруг имплантированного материала, и нарушением нормального обмена в ней.

Таблица 1. Допустимые температуры переработки полимерных материалов при производстве изделий медицинского назначения:

Наименование материала Температура °С разложения (начальная) Температура °С переработки (максимальная) Способ переработки
Полиамиды 150 280 Прядение
Поливинилхлорид 150 160 Вальцевание, сварка
Полиметилметакрилат 300 225 Сварка
Полипропилен 280 260 Литье под давлением
Полиорганосилоксаны 260 210 Прессование
Полистирол 250 205 Литье под давлением
Политетрафторэтилен 300 375 Спекание
Полиэтилен 100 120 Вальцевание
250 Литье под давлением

Полимеры медико-технического назначения

Применение полимеров для изготовления изделий медицинской техники позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и др.

Основные требования к полимерам (и материалам на их основе) для производства изделий медицинской техники:

  • необходимый комплекс физико-механических свойств, зависящий от конкретного назначения материала;
  • повышенная химическая стойкость, обусловливающая стабильность изделий под воздействием жидких сред, в том числе стерилизующих жидкостей;
  • минимальное содержание низкомолекулярных примесей, стабилизаторов, катализаторов и других технологических добавок;
  • отсутствие запаха;
  • способность выдерживать тепловую стерилизацию (в том числе автоклавирование) и радиационную стерилизацию;
  • стабильность состава жидких медицинских препаратов, находящихся в контакте с полимерным материалом;
Таблица 2. Ассортимент и области применения полимерных материалов медико-технического назначения
Наименование полимерного материала Области применения в медицине
Полиэтилен высокой плотности (ПВД) Детали медицинских приборов и инструментов, предметы ухода за больными, лабораторное оборудование, футляры-стерилизаторы, пробирки, пипетки и др.
Полиэтилен низкой плотности(ПНД) Мягкие емкости различного назначения, соединительные трубки, шприц-тюбики, протезно-ортопедические изделия, бачки для гамма- глобулина
Полиамиды Детали медицинских приборов и инструментов, воронки, трубки, оправы очков
Поликарбонат Протезно-ортопедические изделия
Фторопласт-4 Медицинские инструменты и их детали, зонды катетеры, канюли, емкости различного назначения, лабораторная посуда, предметы ухода за больными
Пластикат Эластичные медицинские инструменты—катетеры, бужи пищеводные, трахеотомические трубки, системы для взятия и переливания крови, клеенка
Полистирол Шприцы разового использования, чашки Петри, футляры, упаковка для лекарственных препаратов
Ацетобутиратцеллюлозный и ацетилцеллюлозный этролы Оправы коррегирующих очков, линзы защитных и солнцезащитных очков
Полипропилен нестабилизированный Детали медицинских приборов и аппаратов

Читайте также:

Чтобы получить дополнительную информацию и (или) узнать последние новости по данной теме посетите тематическую закладку: Полимеры в медицине. Кроме того вы можете воспользоваться и другими тематическими метками (см. ниже).

Полимеры в медицине

LPLA — poly(L-Lactide) — поли(L-лактид)

PGA — poly(glicolide) — поли(гликолид)

DLPLA — (DL-lactide) — (DL-лактид)

PDO — poly(dioxanone) — поли(диоксанон)

LDLPLA — poly(DL-lactide-co-glicolide) — поли(DL-лактид)

PGA-TMC — poly(gligolide-co-trimetilene carbonate) — PGA-TMC поли(гликолид-ко-гликолид)

PCL — poly(carbolactone) — PCL поли(карболактон)

соко — кополимер

Как известно, биодеградируемые полимеры могут быть природного происхождения либо синтетические. Синтетические материалы обладают, по сравнению с природными, значительными преимуществами. Так, они позволяют решить проблему непредсказуемых примесей, исключить опасность возникновения иммунных реакций организма-реципиента, они технологичны, предсказуемы по характеристикам и, как показал опыт предыдущих десятилетий, могут разрабатываться и совершенствоваться в соответствии с четко сформулированными медико-техническими требованиями [1].

В то же время следовало учитывать также и факторы, которые оказывают негативное влияние на биомеханические свойства синтетических полимеров. К таковым относятся выбор мономера, предполагаемое назначение конечного продукта, условия синтеза полимера и наличие аддитивов.

Биодеградация как промышленное явление связывается с разработкой и совершенствованием синтетических полимеров, которые имеют в своей основе гидролитически нестабильные связи. Наиболее частые функциональные группы относятся к эфирам, ангидридам, ортоэфирам и амидам.

Большинство коммерчески доступных синтетических биодеградируемых полимерных материалов представляют собой полиэфиры, образующие либо гомополимеры, либо кополимеры гликолевой либо молочной кислот. Кроме того, на рынке представлены и ряд других полимеров, которые нашли свое применение в медицинской практике.

Ниже мы остановимся на наиболее широко применяемых в медицинских целях синтетических полимерных биодеградируемых материалах.

ПолигликолидPoly(gligolide) (PGA). Простейший линейный алифатический сложный эфир. PGA использовался для производства первого полностью синтетического резорбируемого шовного материала, выпущенного на рынок в 1960-х под маркой Дексон (DEXON) [2, 3].

Мономер гликолида синтезируется посредством димеризации гликолевой кислоты. Это происходит в результате разрыва кольца при нагревании и катализе, в следствии чего образуется материал с высоким молекулярным весом и примерно 1-3% примесью остаточного мономера (рис. 1). Рисунок 17. Рис. 1. Схема синтеза поли(лактатида) (PLA).

PGA представляет собой высоко кристаллизованное соединение (45-50%) с точкой плавления 220-225 °С и температурой перехода в стекловидное состояние порядка 35-40 °С [3]. Из-за высокой степени кристаллизации материал не растворим в большинстве органических растворителей за исключением растворителей, с большим содержанием фтора, таких как, например, изосупрафлюоропропанол.

Нити PGA очень прочные, однако в силу их малой гибкости их практическое использование ограничивается применением в качестве армирующих структур либо в оплетке.

Однако нити PGA в течение 2 нед теряют до 50% прочности и полностью резорбируются в течение 4 мес [3].

В связи с этим PGA кополимеризуют с другими мономерами для того, чтобы снизить их жесткость [4, 5].

Barber в обзоре, посвященном состоянию рынка материалов для ортопедических конструкций, указывал, что производители предлагают для этих целей лишь один вид материала из PLA [6].

Полилактид — Polylactide, PLA, представляет собой циклический димер молочной кислоты, который состоит из двух его оптических изомеров D и L. L-форма встречается в природе, а DL-лактид — это синтетический продукт, полученный из указанных 2 разновидностей полилактида. Полимеризация лактида подобна таковой гликолида (рис. 2). Рис. 2. Схема cинтеза поли(гликолида) (PGA).

Гомополимер L-Lactide (LLA) представляет собой полукристаллический полимер. PGA и LLA обладают высокой прочностью на разрыв и низкой эластичностью (высокий модуль упругости), что делает их комбинацию более подходящей для применения, чем аморфные по структуре соединения, в условиях, при которых изделия испытывают большие нагрузки, например в ортопедических фиксаторах, а также при использовании в качестве шовного материала.

Поли(L-лактид) представляет собой полимер с 37% кристалличностью, т.е. является преимущественно аморфным соединением, температура плавления составляет 175-178 °С, температура .перехода в стеклообразное состояние в пределах 60-65 °С [7]. Гомополимер этого соединения характеризуется длительными сроками биодеградации, порядка 2 лет [8].

В связи с этим были созданы кополимеры с L-лактатом или DL-лактидом. Этим достигалось нивелировка кристалличности L-лактида и ускорялся процесс биодеградации полимера [3, 9].

В обзоре F. Barber [6] приводятся 22 устройства для целей фиксации кости, включающих LLA.

Поли(ॉ-полилактокапролактона) (PCL). При развертывании колец в процессе полимеризации ॉ-полилактокапролактона (рис. 3) Рис. 3. Схема синтеза поли(ॉ-полилактокапролактона) (PCL). образуется полукристалличный полимер с точкой плавления 59-64 °С и температурой ветрификации (°С перехода в стеклоподобное состояние) — 60 °С. Гомополимер имеет время деградации порядка

Читайте также  Сохранение биоразнообразия и биологической продуктивности биосферы

2 лет. Кополимеры ॉ-полилактокапролактона с DL-лактидом обладают способностью к более быстрой деградации [10].

Кополимер поставлялся в блоках под названием MONOCRIL фирмой «Ethicon» [4, 5].

Поли(диоксанон) — сложноэфирное соединение. Структура и схема синтеза представлены на рис. 4. Рис. 4. Схема синтеза поли(диоксанона) (PDS).

Развертывание в процессе синтеза кольца Р-диоксанона позволило получить первый клинически испытанный монофиламентный синтетический шовный материал, известный как PDS фирмы «Ethicon».

Поли(диоксанон) не оказывает токсического действия при имплантации в ткани. Этот материал имеет почти 55% кристалличность и температуру ветрификации (переход в стекловидное состояние) от –10 до 0 °С. При имплантации не вызывает острых воспалительных реакций или других проявлений токсического действия [3].

Johnson и Johnson Orthopedics выпустили на основе этого соединения резорбируемые фиксаторы для костных переломов [6].

Поли(полилактид-ко-гликолида) (PLG) (рис. 5) Рис. 5. Схема синтеза поли(полилактид-ко-гликолида). — еще одна подгруппа представителей этого класса полимерных материалов. Используя свойства полигликолида и поли(L-лактида) как базовые, вирируя состав кополимеров, можно получить продукты с заданными физико-химическими и биомеханическими характеристиками. Были разработаны кополимеры L-лактида и DL-лактида, которые использовались как фиксаторы и как носители лекарственных веществ.

Было отмечено отсутствие прямых корреляций между составом кополимеров, биомеханическими свойствами и темпами биодеградации. Например, кополимер 50% гликолида и 50% DL-лактида подвергается биодеградации быстрее, чем эфир гомополимер [11].

Благодаря иррегулярности звеньев мономеров в структуре полимера кополимеры лактида аморфны в широких пределах от 25 до 70%.

В то же время 82/18 поли(L-лактид-ко-гликолид) используется как шовный материал, а 85/15 — поли(DL-лактид-ко-гликолид) используется для изготовления и шовного материала, и ортопедических устройств, в том числе винтов и пластин, а также устройств для пластики плоских костей черепа [6, 12].

Заслуживает внимания также полимерный материал поли(гликолид-ко-триметиленкарбоната) — PGA-TMC (рис. 6). Рис. 6. Схема синтеза поли(гликолид-ко-триметиленкарбоната) (PGA-TMC). Он был использован как для приготовления шовного материала, так и для изготовления ортопедических приспособлений. Эти материалы обладают большей гибкостью, чем PGA-нити и рассасываются в течение 3-4 мес.

Кроме названных выше, в качестве сополимеров использовались также полиангидриды и полиортоэфиры.

В основном их пытались применять в качестве носителей лекарственных веществ [13].

Следует указать, что представленные выше разработки в значительной мере обогатили науку и практику средствами и продукцией, повышающими возможности оказания лечебной помощи пациентам с заболеваниями костной системы.

Однако наука и технологии не стоят на месте. Развитие исследований в области биорезорбируемых синтетических полимерных материалов в настоящее время перешло на новый уровень. Так, следует отметить появление новых, чрезвычайно перспективных направлений. К таковым относится широкое использование нанотехнологий.

Появились новые системы, композиционные материалы, состоящие из двух или более фаз с четкой межфазной границей, системы, которые содержат усиливающие элементы (волокна, пластины) с различным отношением длины к сечению, погруженные в полимерную матрицу, чем достигается значимое повышение прочностных характеристик материалов.

Нанокомпозиты на основе полимеров и керамик сочетают в себе качества составляющих компонентов: гибкость, упругость, перерабатываемость полимеров и характерные для стекол твердость, устойчивость к износу, высокий показатель светопреломления. Сочетание этих характеристик призвано направленно наделять их свойствами, необходимыми для конкретных медико-биологических целей применения [14, 15].

Другим направлением в материаловедении является создание полимеров с разнозаряженными активными концевыми группами в полимерных цепях, в результате чего уравновешивается интегральное значение зарядов полимерных молекул [16].

Значительно и неуклонно расширяется спектр мономеров, включенных в полимерные молекулы. Наряду с органическими в полимерных цепях появляются керамические и металлические включения, которые оптимизируют свойства полимерных материалов [16].

Представленный обзор призван обрисовать состояние исследований по проблемам, связанным с разработкой и внедрением в практику синтетических полимерных биодеградируемых материалов и перспективы их развития.

Однако на сегодняшний день еще остаются нерешенными ряд вопросов, связанных с механизмами взаимодействия указанных материалов с прилежащими тканевыми структурами (обычно с костью) и реакциями последних на внедрение полимерного материала.

Располагая опытом собственных исследований, в которых мы наблюдали патогенные эффекты в области контакта имплантат — костная ткань, мы считаем необходимым продолжение исследований по этой проблеме, тем более что в литературе появляются отдельные сообщения, свидетельствующие о патогенном побочном эффекте при взаимодействии синтетических биодеградируемых материалов с прилежащими тканевыми структурами организма-реципиента [17, 18].

В связи с этим в настоящее время получили старт работы, направленные на поиск новых методов получения биорезорбируемых материалов. В частности, появились сообщения об использовании с этой целью средств и методов тканевой инженерии, а также о возвращении к идее широкого использования фосфатов кальция [18].

В целом анализ данных литературы по биодеградируемым полимерным материалам медицинского назначения свидетельствует о наличии в этом вопросе пакета нерешенных проблем и порой о чрезмерном оптимизме исследователей (обычно материаловедов), и эти проблемы ждут своего решения.

Полимеры в медицине

Хитозан – природный полимер XXI века. Уникальные свойства хитина и хитозана привлекают внимание большого числа специалистов самых разных специальностей. Роль полимеров в нашей жизни является общепризнанной, и все области их применения в быту, промышленном производстве, науке, медицине, культуре трудно даже просто перечислить. Если до XX века человеком использовались полимеры природного происхождения – крахмал, целлюлоза (дерево, хлопок, лен), природные полиамиды (шелк), природные полимерные смолы на основе изопрена – каучук, гуттаперча, то развитие химии органического синтеза в XX веке привело к появлению в различных областях деятельности человека огромного разнообразия полимеров синтетического происхождения – пластмасс, синтетических волокон и т.п. Происшедший технологический прорыв не только кардинально изменил нашу жизнь, но и породил массу проблем, связанных с охраной здоровья человека и защитой окружающей среды.

Поэтому закономерным является большой интерес науки и промышленности к поиску и использованию полимеров природного происхождения, таких как хитин и хитозан. Эти полимеры обладают рядом интереснейших свойств, высокой биологической активностью и совместимостью с тканями человека, животных и растений, не загрязняют окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами микроорганизмов, могут широко применяться в проведении природоохранных мероприятий.

В основе получения хитозана лежит реакция отщепления от структурной единицы хитина-N-ацетил-D-глюкозамина ацетильной группировки или реакция деацетилирования. Транс-расположение в элементарном звене макромолекулы хитина заместителей (ацетамидной и гидроксильной групп) у С2 и С3 обусловливает значительную гидролитическую устойчивость ацетамидных групп в том числе и в условиях щелочного гидролиза [18]. Поэтому отщепление ацетамидных групп удается осуществить лишь в сравнительно жестких условиях — при обработке 40-49% -ным водным раствором NaOH при температуре 110-1400С в течение 4-6 часов. Однако и в этих условиях степень деацетилирования (доля отщепившихся ацетамидных групп в расчете на одно элементарное звено) не достигает единицы, то есть не обеспечивается количественное удаление этих групп составляя обычно 0 8-0 9.

Реакция сопровождается одновременным разрывом гликозидных связей полимера т.е. уменьшением молекулярной массы изменением надмолекулярной структуры степени кристалличности и т.д. Таким образом, хитозан представляет собой полидисперсный по молекулярной массе полимер D-глюкозамина содержащий 5-15% ацетамидных групп а также до 1% групп соединенных с аминокислотами и пептидами. Процесс проводят обычно с помощью концентрированных щелочей при повышенных температурах. Первым опытом получения хитозана было сплавление хитина с твердой щелочью при 1800С. Этим способом получали продукт со степенью деацетилирования (СД) 95% но значительно деструктированный (до 20 единиц).

Хитин и хитозан по своему строению близки к целлюлозе — одному из основных волокнообразующих природных полимеров. Естественно поэтому что как и целлюлоза эти полимеры и их производные обладают волокно — и пленкообразующими свойствами [9]. Благодаря биосовместимости с тканями человека низкой токсичности способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран биодеградируемости такие материалы представляют особый интерес для медицины. При лечении гнойных и ожоговых ран широкое применение приобрели ферменты эффективность использования которых может быть повышена за счет их включения в структуру волокон и губок. Такие полимеры как хитин хитозан карбоксиметилхитин благодаря широкому набору функциональных групп обеспечивают возможность образования между полимером-носителем и ферментом связей различной прочности что создает предпосылки для регулирования активности и стабильности фермента скорости его диффузии в рану. В медицине для лечения и профилактики тромбозов используется природный антикоагулянт крови — гепарин по химическому строению являющийся смешанным полисахаридом. Наиболее близкий его структурный аналог — сульфат хитозана также обладает антикоагулянтной активностью возрастающей при увеличении степени сульфатирования. Возможность реализации синергического эффекта (усиления активности гепарина при введении добавок сульфата хитозана) делает это соединение перспективным для создания лекарственных препаратов антикоагулянтного и антисклеротического действия [4,8,13,23].

N- и О-сульфатированные производные частично деацетилированного карбоксиметилхитина не только препятствуют свертыванию крови благодаря селективной адсорбции антитромбина но и резко уменьшают интенсивность деления раковых клеток.

Одной из уникальных биологических активностей хитозана является его способность индуцировать устойчивость к вирусным заболеваниям у растений ингибировать вирусные инфекции у животных и предотвращать развитие фаговых инфекций в зараженной культуре микроорганизмов. Образование комплексов полимерными лигандами с различными металлами находит все более широкое применение в аналитической химии хроматографии биотехнологических процессах. Полимерные комплексообразователи в том числе хитин хитозан и их производные например карбоксиметиловые эфиры могут рассматриваться как реальная альтернатива традиционным методам очистки сточных вод промышленных предприятий от соединений металлов используемых для нанесения защитных покрытий (никель хром цинк) а также от таких металлов как ртуть и кадмий способных аккумулироваться живыми организмами [25]. Наличие электронодонорных амино — и гидроксильных групп широкие возможности введения различных ионогенных групп кислотного и основного характера делают производные хитина и хитозана весьма перспективными для использования в хроматографии при разделении и очистке биологически активных соединений (нуклеиновых кислот и продуктов их гидролиза стероидов аминокислот).

Читайте также  Темы проектов по географии Р. И. информативный

Весьма перспективно использование хитозана в бумажной промышленности: благодаря большей прочности при водных обработках ионных связей образующихся при нанесении хитозана на целлюлозное волокно при формировании бумаги по сравнению с существующими в обычной бумаге водородными связями заметно возрастает прочность бумажного листа особенно в мокром состоянии. При этом одновременно улучшаются и другие важные свойства (сопротивление продавливанию излому стабильность изображения). В последнее время все большее внимание уделяется исследованиям процессов образования изучению свойств и возможностей практического применения особого класса продуктов химических превращений полимеров — интерполимерных комплексов. Эти соединения образующиеся при взаимодействии макромолекул противоположно заряженных полиэлектролитов характеризуются высокой гидрофильностью что позволяет использовать их в качестве эффективных флокулянтов структурообразователей а в виде пленок в качестве полупроницаемых мембран и покрытий в том числе в медицине. Использование в качестве компонента интерполимерного комплекса сравнительно жесткоцепного хитозана способного благодаря наличию ионогенных групп к образованию межмолекулярных ион — ионных и ион — дипольных связей обеспечивает возможность улучшения физико-механических свойств получаемых пленок. Одним из направлений успешного использования таких пленок могут быть первапорационные процессы разделения водно-органических смесей. Так пленка на основе интерполимерного комплекса хитозан — полиакриловая кислота в процессе разделения методом первапорации водно — изопропанольной смеси не уступает по транспортным характеристикам пленкам из традиционных материалов (ацетат целлюлозы поливиниловый спирт) заметно превосходя их по селективности. Благодаря своим уникальным свойствам хитозан нашел применение в пищевой промышленности. Способность хитозана осветлять технологические жидкости используется в производстве соков пива вин молочной сыворотке промывных вод фаршевого производства подпрессовых бульонов и других низкоконцентрированных жидкостей содержащих мелкодисперсные частицы органических соединений различной природы. Проявление свойств сорбента и частично эмульгатора обусловливает липофильный эффект хитозана.

В технологии формованных изделий хитозан используется как структурообразующий агент повышающий значения реологических характеристик пищевых масс. Хитозан обладает редким свойством соединять в упорядоченную структуру фрагменты материалов различного влагосодержания: сухих с промежуточной влажностью и высоковлажных. Бактерицидное действие хитозана позволяет использовать его при хранении различных видов пищевой продукции. Наиболее широко показано защитное действие пленок из хитозана нанесенных на поверхность плодов и овощей — яблок апельсинов земляники томатов перца. Поскольку плоды и овощи остаются живым организмом будучи отделенными от материнского растения они обладают определенным иммунитетом и в них проходят обменные процессы [5,8,12].

Однородные гибкие не дающие трещин хитозановые пленки обладают избирательной проницаемостью подобно другим полимерным покрытиям на поверхности плодов и овощей играют роль микробного фильтра и/или регулируют состав газов у поверхности и в толще тканей влияя тем самым на активность и тип дыхания что в целом способствует продлению сроков хранения растительного сырья. Помимо этого покрытие из хитозана вызывает некоторые морфологические изменения в возбудителях порчи томатов и перца. Пленка хитозана способствующая продлению срока хранения мороженого тунца вероятнее всего играет роль барьера регулирующего проникновение кислорода воздуха и испарение воды. Хитозан присутствуя в составе пищевых продуктов положительно влияет на их биологическую ценность. Кроме того хитозан относится к диетическим волокнам которые не усваиваются организмом человека а в кислой среде желудка образует раствор высокой вязкости. Как компонент пищи или как лечебно профилактический препарат хитозан проявляет свойства энтеросорбента иммуномодулятора антисклеротического и антиартрозного фактора регулятора кислотности желудочного сока ингибитора пепсина и др. [11].

Хитозан отличается от большинства природных и химически синтезированных гелеобразователей применяемых в косметике тем что при биологических значениях рН они имеют положительный заряд т.е. является поликатионом (если рН

Лонгеты из полиуретана в травматологии: современная альтернатива гипсу

Классический способ лечения переломов – наложение гипсовой лонгеты. Она помогает зафиксировать поврежденную кость и обеспечить ей покой, иными словами создать оптимальные условия для правильного и максимально быстрого сращения. Гипс – проверенный временем, надежный и эффективный способ лечения переломов. Но у него есть некоторые недостатки, которые причиняют неудобства как пациентам, так и врачам:

  • С гипсовой повязкой очень неудобно мыться. Каждое посещение душа превращается в самый настоящий квест. Нужно хорошенько обмотать лонгету целлофаном и постоянно следить, чтобы под него не попадала вода.
  • Гипс – довольно тяжелый материал. Если его пришлось наложить на кисть или предплечье – это еще полбеды. Пациентам с переломами ног приходится намного сложнее.
  • Гипс имеет свойство крошиться. Из-за этого он раздражает кожу, вызывает зуд. А почесать под повязкой не получится.
  • Жесткая иммобилизация не только помогает, но и вредит. В организме человека есть такое правило: «то, что не работает – атрофируется». Если долго носить лонгету, бездействующие мышцы ослабевают, нарушается подвижность в суставе. Костная ткань без нагрузок слабеет – в ней развивается остеопороз.
  • Если гипсовая повязка постоянно сильно давит на кожу, нарушается циркуляция крови. Из-за этого могут появиться пролежни, нарушается функция нервов. Особенно плохи в этом отношении циркулярные «глухие» повязки. После перелома развивается отек, ткани оказываются сдавленными внутри гипсового футляра.
  • Гипс не очень хорошо пропускает рентгеновские лучи, поэтому зачастую бывает сложно проконтролировать, насколько хорошо срастается перелом.

Долгое время со всеми этими недостатками приходилось мириться. Ничего не поделать: перелом лечить нужно, а альтернатив старым добрым гипсовым лонгетам не было. В настоящее время альтернативы появились и уже широко применяются в травматологии. Современные врачи все чаще используют полимерный, или, как его еще называют, пластиковый гипс. Этой технологией пользуются и травматологи в клинике «Сова».

Из чего сделана полимерная повязка, и как она работает?

Собственно, в «пластиковом гипсе» как такового гипса нет. Он представляет собой «марлю» из полимера или стекловолокна, пропитанную полиуретановой смолой. Заготовки выпускают в виде бинтов или листов.

Когда в отделение травматологии поступает пациент с переломом или вывихом, врач при необходимости проводит репозицию (восстанавливает естественное положение отломков или вывихнутых концов костей), а затем накладывает полиуретановую повязку. Как правило, для того чтобы она активировалась и впоследствии приобрела окончательную жесткость, ее нужно размочить в воде. Некоторые материалы активируются при нагревании до 60–100 °C.

Многие виды таких повязок можно перемоделировать, превратить в съемные ортезы.

В чем преимущества полиуретановых лонгет?

Полимерные материалы лишены многих недостатков, из-за которых травматологи и их пациенты так не любят гипс:

  • Они не боятся воды. Можно мыться, не снимая лонгету и не защищая ее от намокания. Одни материалы после водных процедур высыхают сами, другие в течение некоторого времени нужно просушить феном.
  • Полимер не крошится и не вызывает раздражения кожи.
  • Хорошая проницаемость для рентгеновских лучей существенно упрощает контроль за процессом заживления.
  • Полиуретановая лонгета имеет ячеистую структуру и позволяет коже дышать.
  • Заготовки хорошо тянутся в разных направлениях, и это дает возможность идеально моделировать повязку в соответствии с контурами тела.
  • В отличие от гипса, многие полиуретановые повязки не жесткие, они упругоэластичные. Это помогает избежать проблем с нарушением циркуляции крови и ослаблением мышц.
  • Полимер в среднем в 4–5 раз легче гипса.

Всё настолько хорошо?

Нет. Полиуретановые лонгеты имеют свои недостатки, и их можно применять не всегда. Врачи в нашей клинике обязательно рассказывают об этом пациентам.

В первую очередь нужно понимать, что такой материал дороже классического гипса. Процедура, конечно, стоит не космических денег, но разница в цене есть. В государственных клиниках вам такую повязку бесплатно, скорее всего, не наложат. Если не хотите испытывать дискомфорт от ношения гипса, вам в частную клинику.

Полиуретановые лонгеты сложнее снимать. Их нельзя разрезать ножницами, для этого нужна специальная пилка. Некоторые фиксаторы оснащены удобными застежками-молниями, но их стоимость будет еще выше.

Гибкие фиксирующие повязки из полимеров можно использовать не всегда. При серьезных переломах, когда высок риск смещения отломков, нужна жесткая фиксация. Этот вопрос в каждом отдельном случае врач решает индивидуально.

Еще один минус в том, что полиуретановые лонгеты отличаются по своим свойствам от классического гипса. С ними нужно правильно работать. Так как материал появился на рынке относительно недавно, не все врачи и медицинские сестры владеют соответствующими навыками. Нужно еще поискать клинику, в котором умеют работать с «пластиковым гипсом». Одна из таких клиник – «Сова».

В нашем травмпункте есть все необходимое для того, чтобы оказать квалифицированную помощь при переломах костей и других повреждениях. Наши опытные доктора накладывают обычный гипс и полиуретановые лонгеты, проводят первичную хирургическую обработку ран, репозицию отломков. Мы используем современные технологии, чтобы заживление у наших пациентов происходило максимально быстро и полноценно.

Читайте также  Система применения удобрений в севообороте

Полимеры в медицине. Инженер Анастасия Тетерина о структуре полимеров, истории их применения в медицине и протезах из полимеров

Из чего делают протезы? Как полимеры помогают восстанавливать кожу и кости? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО) рассказываем о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Наука о полимерах начала свое развитие и сформировалась как самостоятельная область знаний примерно в середине годов. В переводе с греческого полимер означает «много частей». То есть это вещество, в котором несколько звеньев-мономеров объединено в одну макромолекулу. Природа данного материала может быть разнообразной, поэтому его применение тоже будет разнообразно.

Можно выделить две большие группы полимерных материалов: синтетические и природные. Синтетические полимеры получают методом химических реакций. Существует два основных механизма получения полимеров — это реакция поликонденсации и реакция полиприсоединения. Природные синтезируются самостоятельно методом биосинтеза в клетках живых организмов и потом методами экстракции, фракционного осаждения или другими выделяются из растительного или животного сырья.

Началом использования полимеров в медицине можно считать конец XVIII века, когда в хирургии был впервые применен каучук как биомедицинский материал. Спустя сто лет впервые используется целлулоид для закрытия костных дефектов при хирургических операциях на черепных коробках. Потом совместными усилиями стоматологов, хирургов, химиков и биологов создается широкий спектр полимерных материалов на основе акриловых смол, которые нашли свое широкое применение в изготовлении протезных изделий: зубных, глазных и челюстно-лицевых.

Сегодня в медицине более 3000 наименований медицинских изделий, включающих в свой состав биополимеры. Остановимся на самых известных. Например, полипропилен — это синтетический полимер, который мы часто встречаем в быту. В медицине он широко применяется для сердечно-сосудистой хирургии, в первую очередь для клапанов сердца, сосудов, а также в качестве шовного материала и нитей. Второй полимер — это поливинилхлорид, использующийся в травматологии, хирургии, гинекологии. Его применяют в дефектах, требующих высокой износостойкости и низкой скорости резорбции, то есть способности к растворению в среде организма. Сейчас медицина и медицинские технологии направлены на то, чтобы не просто замещать дефект костных тканей, а восстанавливать дефект и функции организма, поэтому используются рассасывающиеся материалы, то есть материалы, которые в среде организма постепенно растворяются, позволяя прорастать натуральной костной или иной ткани человека.

Рассасывающиеся материалы используются в тканевой инженерии. На слуху у нас металлические конструкции, материалы на основе титана и его сплавов, а также керамические материалы — это фосфаты кальция, циркониевая керамика. У всех подобных материалов существует ряд недостатков. В частности, можно выделить чрезмерную жесткость или хрупкость. Полимерные материалы, безусловно, занимают свою нишу в этой области и позволяют нивелировать некоторые негативные аспекты применения металлических материалов. В чистом виде полимеры мало используются для замещения дефектов костных тканей. Но несколько лет назад был создан имплантат губчатой костной ткани на основе полиэтилена, который прошел предклинические испытания и сейчас достаточно успешно, судя по публикациям, проходит клинические испытания. Однако данный подход учеными не очень сильно востребован, поскольку основное направление — это воссоздание естественной костной ткани.

Как известно, костная ткань представляет собой органическую и неорганическую составляющую. Поэтому перспективны для замещения дефектов костной ткани композиционные материалы на основе полимерной составляющей — она может быть как синтетического, так и природного происхождения — и неорганической составляющей. Чаще всего для этих целей используют керамические наполнители — в частности, фосфаты кальция, трикальцийфосфат, гидроксиапатит, октокальциевый фосфат, поскольку по своему фазовому составу они близки к неорганическому составу естественной костной ткани человека.

При этом композиционные материалы используются не только для создания скаффолдов на основе полимера и керамического наполнителя. Одним из активных применений этих материалов являются гидрогели. Их можно использовать для непосредственного заполнения дефектов без операционного вмешательства и полостной операции. То есть это гидрогель, который закачивается в шприц и вводится через иглу в костный дефект под контролем УЗИ. Соответственно, хирург не проводит полостную операцию. Нагрузка на пациента гораздо меньше, и восстановление происходит существенно быстрее. При этом материал, попадая в организм, твердеет под воздействием химических реакций.

Второе направление гидрогелей — чернила для трехмерной печати. В современном мире быстро развиваются аддитивные технологии, в частности трехмерная печать и электроспиннинг. Одним из оптимальных и подходящих для печати материалов являются гидрогели. В материаловедении, особенно в биомедицине, чаще печатают композиционными гидрогелями с дополнительными наполнителями. Трехмерная печать позволяет создать трехмерную конструкцию, полностью совпадающую с дефектами пациента, то есть персонализированную по компьютерной томографии. В костной ткани существует множество материалов, которые могут составить конкуренцию полимерам либо полностью вытеснить их из этой ниши. Но существуют области медицины, в которых биополимеры сейчас не имеют никакой альтернативы.

Одним из таких направлений можно считать создание искусственного кожного покрова человека, то есть тканевых эквивалентов кожных покровов. Для этих целей сейчас используют консервативные методы при лечении ожогов и ран. Увеличивается количество больных с поздними осложнениями сахарного диабета, которые требуют трансплантации кожных покровов. Главным методом для замещения и восстановления кожных покровов сейчас является аутотрансплантация, то есть взятие кожи от самого пациента. Этот метод используется во всех странах и фактически не имеет никакой альтернативы, но он неперспективен для дальнейшего использования, поскольку практически нет возможности изъять ткани у самого пациента. Соответственно, закрытие обширных кожных дефектов не представляется возможным. Дополнительно стоит отметить, что в случае изъятия ткани у самого пациента возникает дефицит плазмы, электролитов, возможное возникновение инфекции, суперинфекции, что приводит к негативным последствиям и затягивает выздоровление пациента.

Также широко используются донорские ткани от рыб. Рыбья кожа — в частности, используется кожа тилапии — содержит в себе коллаген первого и второго типа, который присутствует в коже человека и хорошо биосовместим. Но использование этого метода не дает стопроцентного выздоровления пациента, поскольку происходит длительное и болезненное рубцевание. Помимо этого, специфическое обеззараживание этих материалов приводит к большому проценту развития инфекций и суперинфекций.

Клеточные технологии, к сожалению, не имеют достаточной законодательной базы для своего развития, а также еще слишком дороги и не могут быть использованы на большом проценте пациентов. Поэтому альтернативы, кроме как создания матриксов, скаффолдов, тканевых эквивалентов для замещения кожных покровов на основе полимеров, на данном этапе развития науки не существует. Для создания тканевых эквивалентов чаще всего используют природные биополимеры, поскольку их биосовместимые свойства гораздо выше, чем у синтетических. Научными коллективами мира широко используются и применяются материалы на основе коллагена, поскольку это наш дермальный белок, который содержится в коже человека. Он обладает максимально высокой совместимостью с нашей дермой и позволяет ускорить регенеративный потенциал. Однако его применение связано с рядом значительных осложнений, которые вызывают опасения у научных коллективов, поскольку коллаген может вызывать отторжение, а также являться переносчиком генетических заболеваний.

В последние годы основной тенденцией в создании тканевых эквивалентов кожных покровов стали материалы на основе растительных биополимеров. Среди них можно выделить материалы последних разработок — это материалы на основе альгината натрия, которые успешно проходят предклинику, клинические испытания и даже выходят на современный рынок биоматериалов. Также всем известные, встречающиеся на кухне полимеры для десерта — желатин, пектин, которые тоже обладают высокой биосовместимостью и активно используются биотехнологами для создания эквивалентов кожных покровов.

Ученые сейчас нацелены не на создание скаффолда или матрикса, который просто восстанавливает ткани, органы человека и позволяет им регенерировать. Основное направление — создание биоинженерных функционализированных конструкций. В ближайшей перспективе мы сможем получать материалы на основе природных биополимеров, которые будут не просто восстанавливать кожный покров, а смогут нести в себе адресную лекарственную доставку, то есть содержать в себе лекарственные препараты, которые будут предотвращать развитие инфекций, суперинфекций и облегчать состояние больного. Также возможна функционализация подобных материалов факторами роста либо генными конструкциями, которые могут увеличивать или замедлять при необходимости регенерационный потенциал данного материала.

Увеличение материально-технической базы наших институтов и клиник, новые технологические решения, в частности аддитивные технологии, позволяют предположить, что уже в ближайшее время будет найдено решение, которое позволит усовершенствовать существующую консервативную медицину и применить современные методы лечения пациентов с разными дефектами, в том числе костной ткани и кожных покровов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: