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.
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 утворення тонкої 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 границі полімерного 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 одержали полімерні ендопротези зв'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 комбіновані протези. 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 голівки з ніжкою з спеціальної сталі. Основними показаннями до застосування таких протезів є коксартроз (відкладення солей), особливо двосторонній, асептичний некроз голівки стегна, поліартрит і т.д. Прогрес у цій області безсумнівний. Однак цей же прогрес породив і нові проблеми. Якщо їх сформулювати в загальному вигляді, то від штучних матеріалів потрібні функціональність і безпека, які для протезів повинні бути збережені, по можливості, на весь післяопераційний час життя людини, тобто протягом 20-70 років.
Якщо перша й друга вимоги можуть бути задоволені звичайними засобами хімії, техніки й медицини, то забезпечення достатньої довговічності функціонування стало центральною й найбільш важкою проблемою. Найпоширеніший й, здавалося б, логічний підхід – вибір для виготовлення протезів найбільш міцних і стійких матеріалів – звичайно приводить до серйозних невдач.
Було з'ясовано, що після імплантації поступово руйнувалися й піддавалися зношуванню самі матеріали й конструкції або несучі елементи біологічних органів і тканин. У кожному із цих випадків через кілька років відбувалися порушення опорної здатності кінцівки й різкі зміни кінематики; іншими словами, порушувалася побудова й робота тієї або іншої біомеханічної системи людини.
Всі існуючі на даний час протези ще надто недосконалі. Так, протези кістки незалежно від того, зроблені вони з титану або з поліпропілену, монолітні. У місцях контакту із природною кісткою неминуче концентруються напруги, і рано або пізно, це приводить до руйнування, причому руйнується не протез, а кістка.
Природна конструкція цих тканин на відміну від штучних завжди анізотропна. Різниця між модулями пружності уздовж кістки й впоперек відрізняється приблизно втроє. Кістка – це спіральна структура п’ятирівневої організації, а протез кістки – моноліт без якого-небудь натяку на ієрархію структур. Хоча в останній час ведуться роботи по створенню полегшених замінників кісток на основі порожнистих полімерних трубок.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 104; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!