Полимеры в хирургии
Полимеры, используемые в восстановительной хирургии
Полимерные материалы, применяемые в восстановительной хирургии, предназначены для постоянной или временной замены пораженных или утраченных тканей и органов живого организма. Требованиями, предъявляемыми к таким полимерам, являются физиологическая безвредность, отсутствие токсичности и канцерогенных свойств, минимальное раздражающее действие на контактирующие с полимером ткани и др. Кроме того, конкретные области применения полимеров при протезировании тканей и органов предъявляют разнообразные и жесткие требования по комплексу физико-химических и механических свойств.
Биоинертные полимеры предназначены для длительного обеспечения функционирования органов и тканей. Такие полимеры должны обладают высокой устойчивостью к воздействию сред организма, не изменять своих первоначальных характеристик при многократных деформациях, допускать тепловую, радиационную и химическую стерилизующую обработку.
Биоассимилируемые полимеры используют для временного обеспечения функционирования органа на период регенерации тканей. Биоассимилируемые материалы должны обладать способностью растворяться или деструктироваться под влиянием жидких сред с образованием нетоксичных продуктов, ассимилируемых тканями, с последующим выведением их из организма. Скорость превращения твердых биоассимилируемых полимеров в жидкие продукты под влиянием биологической среды должна соответствовать скорости регенерации тканей организма и составлять от нескольких недель при протезировании мягких тканей до нескольких месяцев при протезировании костных тканей.
Таблица 1. Полимеры в хирургии: Ассортимент и области применения полимеров, используемых для внутреннего протезирования и создания функциональных узлов «искусственных органов»
| Наименование полимерного материала | Области применения |
| Полиэтилен низкой плотности | Изделия, контактирующие с тканями организма |
| Поликапролактам (капрон) | Протезно-ортопедические изделия, хирургические нити, изделия, контактирующие с тканями организма |
| Поликарбонат | Корпуса и детали искусственных желудочков и стимуляторов сердца |
| Политетрафторэтилен (фторопласт-4) | Протезы сосудов, клапанов сердца, фетр для реконструктивных операций на сердце |
| Полипропилен | Детали искусственных клапанов сердца, протезы сосудов |
| Полиэтилентерефталат (лавсан) | Изделия для внутреннего протезирования и восстановительной хирургии — сетки, нити, протезы кровеносных сосудов, ленты для пластики связок и сухожилий |
| Полиметилметакрилат | Изделия для кератопротезирования, детали аппаратов «искусственная почка», «сердце — легкие» и др. |
| Кремнийорганический каучук | Изделия для внутреннего протезирования, детали аппаратов искусственных органов |
| Цианакрилатный клей | Бесшовное соединение тканей организма при хирургических операциях |
Полимеры в сердечно-сосудистой хирургии
Применение полимеров в этой сердечно-сосудистой хирургии связано в первую очередь с протезированием клапанов сердца и сосудов. С этой целью в клинической практике используют следующие полимерные материалы:
- Для протезирования сосудов — волокна из фторированных полиолефинов (фторлон), полипропилена, полиэфирные волокна (лавсан);
- Для клапанов сердца — кремнийорганические (силиконовые) каучуки, полипропилен, волокна из фторлона.
- В экспериментальных моделях искусственного сердца широко используют поликарбонат.
- При некоторых реконструктивных операциях на сердце применяют войлок различной плотности из фторлона
Помимо общехирургических требований к материалам, применяемым для протезирования сердца и сосудов, предъявляются и специфические требования: они не должны вызывать гемолиз (разрушение) крови и образование тромбов.
Ряд полимеров, таких как полиамиды, полистирол, способствуют тромбообразованию. Лавсан, политетрафторэтилен, полиэтилен, полиуретаны не влияют на процесс тромбообразования, а некоторые из полимеров даже задерживают образование тромбов (кремнийорганический каучук, поливинилпирролидон и др.). Большое влияние на скорость тромбообразования оказывает состояние поверхности полимерного материала. Имеются данные о влиянии на интенсивность тромбообразования электрического потенциала поверхности материала, а также его смачиваемости.
Проводятся работы по приданию антитромбогенности различным группам полимеров. Установлено, что эффект тромбообразования можно подавить путем нанесения на поверхность имплантируемых материалов коллоидного графита, обработкой стиролсульфокислотой, этиленимином, гепарином и др. (табл. 2).
Таблица 2. Полимеры в хирургии: Влияние химической природы полимеров и обработки их поверхности гепарином на время свертывания крови
| Наименование полимерного материала | Время свертывания крови, мин | Содержание гемоглобина через 4 часа, мг% | ||
| необработанная поверхность | обработанная поверхность | необработанная поверхность | обработанная поверхность | |
| Полистирол | 9 | 1440 | 16 | 50 |
| Полиэтилен | 11 | 1440 | 25 | 200 |
| Поливинилхлорид | 12 | 40 | 10 | 14 |
| Целлофан | 6 | 60 | 600 | 600 |
| Натуральный каучук | 10 | 60 | 13 | — |
| Бутадиен-винилпиридиновый каучук | 12 | 60 | 37 | 75 |
| Этилен-пропиленовый каучук | 5 | 60 | 15 | 20 |
| Кремнийорганический фторсодержащий каучук | 18 | 60 | 15 | 20 |
| Кремнийорганический каучук | 15 | 60 | 5 | 40 |
Хирургия внутренних органов и тканей
Хотя операции на легких, пищеводе, кишечнике, мочевыводящих путях и др. с применением полимерных материалов сравнительно многочисленны, большинство из них все еще носит характер экспериментальных работ, и лишь сравнительно небольшой круг материалов нашел широкое клиническое применение. К таким материалам в первую очередь следует отнести клеящие композиции на основе эфиров цианакриловой кислоты (см. Полиакриловые клеи). Соединение тканей при различных хирургических операциях с помощью клея — значительный шаг в совершенствовании медицинских методик, так как обеспечивает герметичность соединения, возможность резкого сокращения количества накладываемых швов и даже бесшовного соединения, ускорение операций и сокращение времени заживления ран.
Большое количество операций на диафрагме, при лечении грыж, замещении дефектов тканей брюшной стенки, закрытии дефектов пищевода и др. осуществляется с применением сетчатых материалов из капронового волокна, полиэфирных волокон, волокон из полипропилена и фторлона. Имеются сообщения об успешном протезировании желчных протоков, мочеточников с помощью трубок из полиэтилена, пластифицированного поливинилхлорида, кремнийорганических каучуков.
Однако ряд исследователей отмечает, что применение протезов из указанных материалов дает лишь временный положительный эффект, так как в большинстве случаев наблюдается «инкрустация» протезов солями, приводящая к последующей их закупорке.
Весьма актуальная проблема хирургии легких – восстановительные операции на трахеях, бронхах, а также операции, связанные с необходимостью заполнения послеоперационных полостей. Помимо клеев, при этих операциях могут широко использоваться вспененные и гелеобразные композиции на основе биоинертных и биосовместимых полимеров. Имеются данные о положительном опыте применения полиорганосилоксанов (монолитных и вспененных) для пломбирования послеоперационных полостей, восстановления формы грудной железы и др.
Полимеры в травматологии и ортопедии
Для создания различных изделий внешнего протезирования (протезов конечностей, ортопедическиих вкладок, туторов и др.) широкое применение находят полиэтилен, поливинилхлорид, стеклопластики, жесткие и эластичные пенопласты. Применение полимеров для указанных целей позволяет резко облегчить протезы, улучшить их функциональные, гигиенические свойства и внешний вид.
Широкое развитие получили работы по созданию полимеров для внутреннего протезирования суставов, участков костей, сухожильных и мышечных связок.
Имеется положительный опыт применения полиэтилена высокого и низкого давления, полиметилметакрилата и поликарбоната для изготовления протезов коленных и бедренных суставов. Установлена целесообразность применения комбинированных протезов, в которых наряду с металлическими деталями используют части из полиолефинов. Полимеры с низким коэффициентом трения можно наносить на поверхность металлических протезов суставов для улучшения их функциональных свойств.
Для замены сухожилий и связок применяют лавсановые ленты. Закрытие дефектов черепа осуществляют с помощью пастообразных, отверждающихся без нагревания композиций на основе акриловых полимеров и сополимеров.
Актуальная проблема травматологии — создание различных соединительных элементов (штифтов, скоб) из биосовместимых полимеров. Это позволит отказаться от операций по извлечению этих элементов после завершения регенерации костных тканей. Важной задачей является также разработка клеевых композиций, обеспечивающих высокую прочность склеивания костных тканей.
Полимеры, используемые в функциональных узлах хирургических аппаратов
В отечественной промышленности и за рубежом разработаны многочисленные аппараты, выполняющие роль отдельных органов или являющиеся средствами поддержания функционирования систем человеческого организма. К таким аппаратам относятся различные аппараты искусственного кровообращения (АИК), перитониального диализа (АИП), вживляемые стимуляторы сердца и других органов и т. п. К полимерам, используемым в этих аппаратах, предъявляют те же жесткие требования, что и к материалам, предназначенным для внутреннего протезирования.
Полимерные мембраны, выполняющие в АИК и АИП роль основного функционального узла, должны обладать:
- селективной пропускаемостью по отношению к компонентам крови;
- высокой эффективностью диализа;
- достаточной механической прочностью;
- оказывать наименьшее травмирующее действие на кровь.
Таблица 3. Полимеры в хирургии: Полупериоды переноса некоторых соединений через различные полимерные мембраны
| Соединение | Полупериод переноса, мин | ||
| пленка из полиуретана на основе полиоксиэтиленгликоля | медноаммиачная целлюлозная пленка | полиэтилентерефталатная пленка | |
| Мочевина | 168 | 99 | 57 |
| Глицин | 624 | 150 | 183 |
| L-Аланин | 417 | 171 | 201 |
| Саркозин | 869 | 189 | 262 |
| Д, L-Серин | 510 | 227 | 249 |
| Креатинин | 420 | 223 | 150 |
| Мочевая кислота | — | 471 | 240 |
| Аскорбиновая кислота | 276 | 254 | 142 |
| Глюкоза | 1056 | 318 | 298 |
| Лимонная кислота | 258 | 218 | 191 |
| Тиаминхлорид | 490 | 386 | 167 |
| Сахароза | 1700 | 386 | 412 |
Целлофановые пленки ранее широко применялись для указанных целей, но в настоящее время уже не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к материалам, предназначенным для создания портативных и высокоэффективных диализаторов, АИК и других аппаратов. Мембраны нового типа получают путем модификации пленок из целлофана, используют мембраны из кремнийорганических полимеров, модифицированных полиолефинов, блоксополимеров полиоксиэтиленгликоля с полиэтилентерефталатом, полиуретановых эластомеров и др. (табл. 3).
Автор: Каргин В.С
Источник: Энциклопедия полимеров, под редакцией Каргина В.С
Дата в источнике: 1972 год