Материалы для внутритканевого протезирования

Основные особенности материалов

Создание эндопротезов - новая область как в науке о медикобиологических материалах, так и в медицине. Это направление интенсивно развивается в настоящее время на границе обеих наук. Перед обсуждением проблем создания искусственных органов и частей человеческого тела, следует отметить, что за исключением мозга и желудка, которые по современному уровню не подлежат замене, практически все органы исследуются и моделируются с целью создания соответствующих аналогов - заменителей. Назначение искусственных органов человека отнюдь не исчерпывается заменой естественных, живых органов, т.е. сферой радикальной терапии, но открывает принципиально новую методологическую область фундаментальной медицины, основанную на имитационно-аналоговом моделировании функций организма.

К материалам, применяемым для внутритканевого протезирования, предъявляются специальные требования. Основные из них можно разделить на три группы: 1) биологические, 2) физико-механические, 3) технологические. Эти требования взаимосвязаны и должны рассматриваться неотделимо друг от друга.

Биологическая инертность материала является непременным условием пригодности его для эндопротезирования. Имплантаты должны быть биологически совместимыми с контактирующими тканями и физиологически индифферентными по отношению к организму в целом.

К материалам, применяемым для создания эндопротезов, предъявляются особенно жесткие требования по гемосовместимости, поскольку большая площадь контакта крови с инородным веществом обусловливает опасность снижения времени се свертывания и, как следствие, возможность возникновения кровотечений и кровоизлияний в жизненно важных органах, в том числе в головном мозге. Повышение тромборезистентных свойств материалов, применяемых для создания искусственных органов, осуществляется методом биолизации - покрытия поверхностей дакроновым велюром или желатином. Эти покрытия способны прорастать эндотелием, образующим практически естественный слой ткани [1].

Стабильность физико-механических характеристик материала после длительного пребывания в среде живого организма свидетельствует о его высокой сопротивляемости биостарению. Например, материалы, используемые в искусственном сердце и искусственных желудочках сердца, должны выдерживать 4,2-107 циклических нагружений в год с общим двухлетним ресурсом этого показателя свыше 4-1014 циклов [ 1 ].

Хирургические имплантаты подвергаются значительным изгибающим, растягивающим, сжимающим, скручивающим и истирающим нагрузкам. Эндопротезы могут выходить из строя вследствие коррозионного воздействия, деформации или разрушения под действием механических нагрузок; может произойти отторжение имплантата биологической тканью.

Основными требованиями к стали и сплавам для производства хирургических имплантатов являются: высокая биологическая совместимость материала и тканей живого организма; высокая стойкость к общей, местной, контактной коррозии, коррозии под напряжением; высокие механические свойства (большая усталостная прочность, временное сопротивление разрыву, стабильная структура).

Большую роль в эндопротезировании играют также технологичность и функциональность применяемых материалов. Технологические свойства полимерного материала должны обеспечить простоту изготовления изделия из материала с использованием распространенных методов переработки пластмасс (литье под давлением, тсрмопрсссованис, вакуум-формование, экструзия и др.). Возможность быстрой стерилизации изделий известными методами

(автоклавированием, кипячением, химическими средствами, у-облучснисм) является также существенным фактором при оценке пригодности материала для эндопротезирования.

Различают эндопротезы пожизненного и временного действия. Эндопротезы пожизненного действия должны неограниченно долгое время находиться в организме, выполняя при этом достаточно сложную функциональную нагрузку (синтетические клапаны сердца, подвижные протезы суставов, искусственный хрусталик глаза и т.п.). Эндопротезы временного действия, восполнив дефект органа или ткани, должны в строго заданные сроки биодеструктировать с одновременным замещением тканевыми регенератами. Такая операция называется аллопластической. Оптимальным считают сочетание замещающей функции эндопротеза с лечебным эффектом, поскольку аллопластика применяется, как правило, при патологических изменениях в тканях или органах. Очевидно, что продукты, образующиеся при биодеструкции, должны быть безвредными для организма и выводиться из него естественным путем.

На начальном этапе в конструкциях искусственного сердца и искусственных желудочков сердца (т.е. протезов пожизненного действия) применялись поливинилхлорид, полиуретаны, резины на основе натурального и кремнийорганического каучуков. В настоящее время наиболее распространены полиуретановые эластомеры, поликарбонаты, обладающие высокими физикомеханическими и гемосовместимыми свойствами при надежной

гидролитической стойкости, ведутся разработки фгорсодержащих

полиуретанов для создания эндопротезов [2]. При необходимости каркасы, например в протезах сердца, изготавливают из титана, комохрома, виталлиума, т.е. коррозионно-стойких металлов и сплавов.

Для сердечно-сосудистого протезирования и протезирования дыхательных путей используются различные полисилоксаны, полиэфиры и композиции на их основе. Из них изготавливаются детали сердца, например клапаны, втулки, трубки, фистулы. Сюда же следует отнести изготавливаемые методами текстильной переработки протезы кровеносных сосудов, трахеи и других путей естественной оксигенации организма.

Для протезирования органов пищеварительного тракта и полости рта, для изготовления различного рода соединительных элементов, перистальтических устройств с иммобилизованными ферментами в основном применяются полиэфиры и полиакрилаты. К этим материалам предъявляется ряд специфических биохимических требований.

К материалам и изделиям для протезирования паренхиматозных органов дополнительно предъявляются физико-химические требования по проницаемости стенок конструкций. Имплантируемые протезы поджелудочной железы и печени представляют собой эластичные капсулы, в которые инъекционно вводятся продукты секреторной деятельности соответствующих органов. Оболочку капсулы подбирают таким образом, чтобы ее содержимое постепенно диффундировало наружу.

При протезировании скелетно-двигательного аппарата используются различные композиции на основе полиэфиров, полиакрилатов и полиамидов, применяемые для замещения костной ткани, например костей черепа, для протезирования суставов и отдельных их частей, а также для протезов сухожилий. Сюда же относятся и различные суставно-прокладочные гели. Большой интерес в настоящее время вызывают керамические материалы, содержащие в своем составе натуральную костную ткань. Материал является смесью гидроксилапатита (твердая ломкая структура керамического типа) и коллагена, более мягкого полимерного протеина. Материал такого типа обладает более высокими общими механическими свойствами (по сравнению со свойствами компонентов), особенно по прочности и твердости. Некоторые виды керамик, отличающиеся высокими механическими свойствами, включают смесь стекловолокна и углеродного волокна.

Большая группа изделий применяется для функционального и косметического протезирования органов чувств и наружных частей различных органов и участков человеческого тела. К функциональным протезам можно отнести, например, такие, как хрусталик глаза и глазные гели, детали среднего уха, уплотнения кавернозных тел. В косметических целях протезируются мягкие ткани лица, неба, ушные раковины, глаза, грудь, кисти рук и др. Эндопротезы нашли широкое применение в ортопедической стоматологии - создание корней зубов и материалов для протезирования; исправление локальных альвеолярных дефектов, увеличение лишенного зубов резорбированного альвеолярного отростка нижней и верхней челюстей, заполнение периодонтальных дефектов. В терапевтической стоматологии - материалы для лечения и пломбирования зубов [3].

Материалы для замены жидких сред организма на определенное время заменяют биопродукты организма. Поэтому эти материалы следует рассматривать как эндопротезы. К материалам этого вида относятся крове- и плазмозаменители, применяемые для восполнения потерь крови и плазмы. К ним можно отнести разнообразные наборы аминокислот и полипептидов, которые используются в случае больших белковых потерь, например при ожоговых поражениях. К ним же можно отнести разнообразные оксигенациозные материалы, т.е. полимеры, выполняющие функции неэритроцитного (безгемоглобинного) переноса кислорода. Они крайне необходимы при подготовке органов, хранимых для гемотрансплантации.

К эндопротезным материалам также относят различные адгезивы для костных и мягких тканей, разнообразные штифты, пластинки, трубки, кишечные втулки, укрепляющие сетки и материалы для заполнения полостей.

Для создания эндопротезов временного действия синтезированы биосовместимые биодеструктируемые материалы. Их свойства можно направленно изменять в широких пределах для различных применений. К биодсструктирусмым относятся современные шовные материалы, медицинские клеи, протекторы, пломбировочные пасты для заполнения патологических полостей.

Использование синтетических клеев (например, на основе цианакрилатов и полиуретанов) вместо традиционных хирургических швов особенно эффективно при обширных травмах органов с обильными кровотечениями, при герметизации внутренних органов. Указанные материалы применяются при операциях на кишечнике, сосудах, желчевыводящих путях, в пластических операциях. Изменение химического состава биодеструктируемых полимеров позволяет в широких пределах варьировать их физико-механические свойства и время пребывания в организме. Период гидролитического разрушения полимера определяется регенераторными процессами в организме.

Включение в синтетические полимеры медицинского назначения различных лекарственных средств играет важную роль в приживлении трансплантата. Кроме того, введенные в состав биодеструктируемых полимеров фармакологические вещества могут, постепенно диффундируя, создавать депо лекарства в организме и оказывать таким образом пролонгированное лечебное действие. Например, на основе реакции сополимеризации антибиотиков с изоцианатом были получены высокоактивные препараты полиуретантетролен, иолиуретаниенициллин и др. [4].

Специфические требования к внутритканевой эксплуатации изделий значительно ограничивают круг материалов, пригодных для эндопротезирования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >