Искусственная кожа

Кожа - орган, являющийся наружным покровом тела, выполняющий функции защиты организма, обмена веществ и терморегуляции.

Реологические свойства кожи зависят главным образом от структуры и свойств компонентов. Кожа состоит из волокон коллагена, эластина и аморфной основной ткани. Коллаген составляет около 75 % сухого веса кожи, а эластин - около 4 %. Связи между волокнами определяют поведение кожи при деформации. Аморфная основная субстанция - матрица - оказывает малое сопротивление, эластин играет важную роль при малых напряжениях, а коллаген - при более высоких.

Кожа представляет собой трехкомпонентную структуру, состоящую из эластина, дермы и подкожной клетчатки. Эпидермис - поверхностный слой кожи, состоящий из многослойного плоского ороговевшего эпителия. Дерма - соединительная часть кожи, состоящая из сосочкового и сетчатого слоев. Сосочковый слой состоит из редких тонких пучков коллагеновых волокон, большого числа свободно расположенных коллагеновых волокон и из густой сетки эластиновых волокон. Эластииовые волокна ориентированы в основном параллельно, а в области сосочков дермы - перпендикулярно к поверхности эпидермиса. Эластииовые волокна оплетают коллагеновые пучки.

В сетчатом слое дермы находятся плотно прилегающие друг к другу и переплетающиеся толстые пучки коллагеновых волокон. Эластиновые волокна, число которых в 2-3 раза превышает число коллагеновых волокон, ориентированы в направлении длинной оси тела человека. Эластиновые волокна испытывают большие деформации. Коллагеновые волокна малорастяжимы, но выдерживают большие нагрузки. Основное аморфное вещество дермы обладает высокой вязкостью. Оно «цементирует» волокнистые компоненты дермы.

Кожа растягивается и удлиняется, испытывая большие деформации. Она обладает анизотропными и нелинейными свойствами. На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются; большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла. Теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении кожи происходит открытие артериовенозных анастомозов. Это уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и возникает препятствие теплоотдаче.

При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются. Количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает объем крови, циркулирующей во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды. При этом селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительное количество крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче посредством радиации и конвекции.

Для сохранения постоянства температуры тела человека при высокой температуре окружающей среды основное значение имеет испарение пота с поверхности кожи.

Потери тепла при испарении пота приводят к охлаждению поверхности кожи. Теплоотдача происходит из-за различия в давлении пара непосредственно над влажной кожей и в окружающем воздухе. Тепловая энергия полностью затрачивается на парообразование. Относительная влажность в тонком слое воздуха, прилегающего к коже, близка к 100 %, а в окружающем воздухе она колеблется. Различают потери тепла от неощутимой перспирации и от испарения пота. Неощутимая перспирация - выделение воды с поверхности тела только в виде пара. Тепловые потери при этом составляют 17-20 % от общего количества отводимого тепла.

Испарение зависит и от влажности воздуха. В насыщенном воздушными парами воздухе вода испаряться не может, поэтому при повышенной влажности атмосферы высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водными парами воздухе пот выделяется в большем количестве, нс испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение нс способствует отдаче тепла. Только та часть тепла, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи.

При лечении травм, ожогов, повреждений кожного покрова резко возрастает значение искусственной кожи. Поскольку основными причинами летального исхода при ожогах являются обезвоживание травмированных областей вследствие испарения воды и интоксикации, то материал искусственной кожи должен удовлетворять следующим основным требованиям:

  • 1) препятствовать обезвоживанию травмированных областей тела вследствие испарения воды;
  • 2) способствовать пропусканию водных паров в такой степени, чтобы экссудирующая на обезвоженном участке жидкость могла испаряться, гак как прекращение пропускания водных паров и скопление пузырьков воды-пара под слоем кожи играет резко отрицательную роль;
  • 3) препятствовать проникновению в рану микроорганизмов;
  • 4) интенсифицировать лечение поврежденных участков тела.

В 1962 г. появились первые сообщения о применении формалинизированной губки из поливинилалкоголя (айвалона) в виде тонких листков [7]. Губка из айвалона прирастала к грануляционной ткани, которая возникала на раневой поверхности. Было обнаружено, что рост грануляционной ткани преимущественно происходит на определенную глубину губки, а затем прекращается. Через губку некоторое время выделялась жидкость, но затем к 7- 10-му дню после операции количество теряемой жидкости и протеина существенно уменьшалось. Попытки покрытия раны губкой с непроницаемой для жидкости структурой для уменьшения дренирования и потери жидкости приводили к росту инфицирования и разрушения губки.

Эксперименты проводились также с губкой из силикона и пеной из полиуретана. Губка из силикона характеризовалась плохим приживлением, что может быть следствием ее несмачиваемости. Полиуретановая пена хорошо приживалась. Однако через педелю полностью распадалась в результате гидролизации [7].

В качестве имплантатов используют марли из нейлона и из силиконов, сверхтонкие газопроницаемые пленки из ненаполненного силиконового каучука, пленки, получаемые отверждением кровяной плазмы, фибриновые пленки и газовую марлю, обработанную жирами.

Разработаны методики лечения с использованием поли-2- оксиэтилметакрилата (Poly-HEMA) и полиэтиленгликоля (PEG), а также нетканого полотна из коллагена.

Производство и отделка нетканого полотна сводятся к следующим основным операциям: коллаген, переводящий ферменты в раствор, прядут и получают штапель; последний формуют в виде листа, используя в качестве связующий основы коллаген, а затем отбеливают хромовыми солями. Основные свойства нетканого полотна приведены в табл. 1.12.

Свойства нетканого полотна из повторно используемого коллагена

Толщина, мм

0,4

Плотность, г/м'

20

Прочность:

в сухом состоянии, МПа

2-4,5

во влажном состоянии, МПа

0.5-1

Относительное удлинение: в сухом состоянии, %

5

во влажном состоянии, %

5

Диффузия водяного пара

(у натуральной кожи 300-500 r/м'-сут)), г/м' сут

500

Для сравнения в табл. 1.13 приведены данные о способности других полимерных материалов к пропусканию воды.

Таблица 1.13

Проницаемость некоторых полимеров для водяного пара

Полимер

Проницаемость,

г/(м"-сут)

Поливинилиденхлорид

1-2

Полиэтилен низкого давления

16-22

Полиэтилен высокого давления

5-10

Непластифицированный поливинилхлорид

25-40

Поливинилхлорид (разновидности, отличающиеся природой и объемом пластификаторов)

25-90

Обычный целлофан

Высокая

Гидрофобный целлофан

10-80

Полиэфиры

22-30

Поликарбонаты

45-50

Полиамиды

120-150

Поливиниловый спирт

100-400

Неориентированный полипропилен

10

Полипропилен, ориентированный в двух направлениях

4

Коллаген нетканого полотна хорошо усваивается живым организмом, способен переводить ферменты в раствор, не имеет иммунной активности и стимулирует регенерацию тканей в ране. Прилипание нетканого полотна к раневой поверхности весьма удовлетворительное, абсорбирование экссудата хорошее, поэтому образование рубца идет легко и не наблюдается ни отторжения, ни воспалительного процесса.

При применении Poly-HEMA и PEG на раневую поверхность наносят PEG и посыпают сверху порошком Poly-HEMA. Процедуру повторяют несколько раз. На ране полимеры частично растворяются, взаимно склеиваются при загустевании и покрывают рану пленкой.

Пленка обладает целым рядом преимуществ: 1) эластична; 2) способна пропускать водяные пары и потому предотвращает образование водяных пузырей на поверхности ожога; 3) через нее могут легко диффундировать растворенные вещества, в связи с чем непосредственно на поверхность пленки можно наносить антибиотики; 4) не пропускает микроорганизмы;

5) препятствует развитию микробов, уже успевших попасть на раневую поверхность, оказывая тем самым еще и антибактериальное действие.

Степень проницаемости пленок из Poly-HEMA для паров воды определяется преимущественно способом полимеризации и не уступает степени проницаемости нетканого полотна.

Искусственные мембраны на основе силоксановых эластомеров в некоторых случаях могут функционировать подобно человеческой коже. Материал «Biobrane», используемый при лечении сильных ожогов, для закрытия донорских участков, для залечивания пролежней и в пластической хирургии представляет собой армированную полиамидной сеткой мембрану толщиной 0,25 мм. Нижняя поверхность мембраны покрыта высокочистым кожным коллагеновым пептидом. Прозрачность материала позволяет проверять состояние раны без смены повязки. Мембрана эластична и лишь незначительно ограничивает подвижность пациента, снижает болевые ощущения, изолируя открытые нервные окончания от воздуха и трения. Материал крепится к коже скобками из нержавеющей стали, которые фиксируют его в течение 24 ч, после чего снимаются.

Ведется разработка однослойных и многослойных мембран различных конструкций. Например, применяются однослойные мембраны из силоксанового каучука с множеством каналов для ввода лекарств. Внешний слой мембраны изготовлен из прозрачного силоксанового эластомера и предназначен для защиты раны от инфекции и дегидратации, а нижний слой представляет собой пористый полимерный материал на основе коллагена (коллагенглюкозаминглюкан). Эту двуслойную мембрану не нужно снимать и заменять новой. Она может оставаться на ране без отрицательных последствий в течение 50 суток - срока, достаточного для лечения не слишком больших ожогов. После заживления раны внешний слой самопроизвольно удаляется по мере того, как нарастает кожа, а нижний разлагается ферментами. Заживление больших ран происходит медленнее, чем разрушение мембраны, поэтому се нужно снимать и заменять. На поверхности раздела между силоксановым эластомером и коллагеновым покрытием помещают эпидермические клетки кожи. Идея использовать клетки кожи организма для лечения имеющихся у него кожных повреждений весьма плодотворна. Дальнейшие работы в этом направлении могут привести к получению перевязочного материала с высокой заживляющей способностью и широкой областью применения. В настоящее время для трансплантации успешно применяется лиофилизированная кожа [7].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >