Применение ВМС в медицинской практике

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и биоорганической химии

Реферат

Применение ВМС в медицинской практике

Мусаков Даниил Сергеевич

Гомель - 2021

Введение

Среди многочисленных веществ, встречающихся в природе, резко выделяется группа соединений, отличающихся от других особыми физическими свойствами, высокой вязкостью растворов, способностью образовывать волокна, пленки и т.д. К этим веществам относятся целлюлоза, лигпин, пентозаны, крахмал, белки и нуклеиновые кислоты, широко распространенные в растительном и животном мире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.

Высокомолекулярные соединения получили свое название вследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярных веществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает нескольких сотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весом более 5000.

Молекулы ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС - химией макромолекул и макромолекулярной химией.

В результате многочисленных соединений, осуществленных огромной армией химиков, физиков и технологов, было установлено не только строение некоторых природных ВМС, но и найдены пути синтеза их заменителей из доступных видов сырья. Возникли новые виды промышленности, началось производство синтетического каучука, искусственных синтетических волокон, пластических масс, лаков и красок, заменителей кожи и т.д. На первых парах синтетические материалы носили характер заменителей природных материалов. В настоящее время в результате успехов в химии и физике ВМС и усовершенствования технологий их производства, благодаря принципиальной возможности сочетать в одном веществе любые желаемые свойства, синтетические ВМС постепенно проникают во все области промышленности, где они становятся совершенно незаменимыми конструкционными и антикоррозийными материалами.

1. Применение ВМС в качестве вспомогательных средств в фармацевтической практике

Мазевые основы

Полиэтиленоксиды (ПЭО) получают полимеризацией этилена оксида или поликонденсацией этиленгликоля.

Среди водорастворимых основ ПЭО применяются наиболее широко и входят в фармакопеи большинства стран мира. Это объясняется следующими преимуществами ПЭО:

Обладают хорошей растворимостью в воде, сохраняющейся у полимергомологов с молекулярной массой даже до 1000.В связи с этим мази, приготовленные из них, легко смываются водой, что особенно важно при поражении кожи, покрытой волосами, и для лечения ран без нарушения гранулята;

Способны растворять гидрофильные и гидрофобные лекарственные препараты;

Способны растворяться в спирте, не диссоциировать в водном растворе и не изменяться в присутствии электролитов;

Хорошо смешиваются с парафинами и глицеридами с образованием стабильных псевдоэмульсий;

Способны хорошо наноситься на кожу и равномерно распределяться на ней, не препятствуя газообмену и не нарушая деятельности желез; сохраняют однородность после смешивания с секретами кожи или слизистой оболочки;

Обладают слабым бактерицидным действием за счет наличия в молекуле первичных гидроксильных групп. Поэтому ПЭО не подвергаются действию микроорганизмов и могут сохраняться достаточно длительное время при любых температурных условиях;

Осмотически активны, что особенно важно при обработке загрязненных ран.

В качестве основ для мазей используют как сплавы твердых и жидких ПЭО (марок 400, 1500, 4000), так и композиции ПЭО различной молекулярной массы с глицерином и другими вспомогательными веществами.

Гель поливинилпирролидона (ПВП) представляет собой бесцветный, прозрачный, аморфный, гигроскопичный порошок, хорошо растворимый в воде, глицерине, ПЭО, хлороформе.

Он может смешиваться с ланолином, эфирами, амидами, маслами, производными целлюлозы, силиконами. С витаминами, антибиотиками, дубильными веществами и красителями образует растворимые соединения.

Растворы ПВП различной концентрации (от 3 до 20 %) в качестве основ входят в состав различных мазей (например, мазь для лечения ринофарингита состоит из следующих компонентов: 1,0 кислоты аскорбиновой; 0,1 метиленового синего; 0,01 ментола; 0,01 масла эвкалиптового; 0,2 мл раствора фенилмеркуробората 2%-ного; 20,0 ПВП; до 100,0 воды очищенной. Кроме того, ПВП широко используются в косметике.

Гель поливинилового спирта (ПВС) -- это порошок или мелкие частицы белого или слегка желтого цвета, нерастворимые в этиловом спирте, при нагревании растворимые в воде и глицерине. Для приготовления геля порошок ПВС заливают холодной водой и оставляют на 24 ч для набухания, затем нагревают до 80--90 °С, постоянно перемешивая до полного растворения.

Гель характеризуется высокой вязкостью. Обычно для изготовления мазей (ксероформной, левомицетиновой, камфорной, анестезиновой и др.) применяют 15%-ный раствор ПВС. Основа, состоящая из 9,0 ПВС; 11,0 ПВП; 9,0 глицерина; 10,0 спирта этилового; 2,0 спирта бензилового; 3,0 пропиленгликоля; 0,02 динатриевой соли ЭДТА; до 100,0 воды очищенной, используется преимущественно для изготовления мазей, образующих на коже легкосмывающуюся пленку.

Полимеры и сополимеры акриловой (ПАК) и метакриловой (ПМАК) кислот получают методом радикальной или радиационной полимеризации в виде водных растворов концентрации 20--40 %. Эти кислоты представляют собой твердые вещества белого цвета аморфной структуры, молекулярная масса которых от 10 до 100. В воде образуют вязкие растворы с рН-3,0, обладают полиэлектролитными свойствами, способны обмениваться ионами, устойчивы при широком значении концентрации водородных ионов. ПАК и ПМАК образуют соединения с аминами, несовместимы с солями тяжелых металлов и азотистых оснований. Обладают интерфероногенной активностью, могут быть использованы как основа в глазных мазях. Торговые названия этих основ -- карбопол, карбомер, эудражит, САКАП, ареспол (российского производства).

Карбопол является сополимером акриловой кислоты и полифункциональных сшивающих агентов. Внешне это мелкодисперсный белый порошок, который в воде образует вязкие дисперсии с низким рН = 7,3--7,8. Используется в лекарственных формах пролонгированного действия (пролонгированных глазных каплях, суспензиях, мазях, суппозиторных основах), так как нетоксичен, не раздражает кожу, в кишечнике образует гидрогель. Мази на основах ПАК и ПМАК при нанесении на кожу образуют тонкие, гладкие пленки, более полно и равномерно высвобождают лекарственные вещества, обеспечивая продолжительный эффект, поглощают кожные выделения, хорошо распределяются по слизистым оболочкам и кожной поверхности, оказывают охлаждающее действие, нетоксичны, не обладают раздражающим действием, хорошо удаляются водой, не загрязняют одежду.

Стабилизаторы.

Для этих целей используются некоторые синтетические и полусинтетические высокомолекулярные соединения (твины, спены, эмульгаторы Т-1, Т-2 и др.).

Механизм стабилизирующего действия ВМС заключается в том, что они адсорбируются на поверхности твердых частиц лекарственного вещества и, вследствие наличия диполей (положительного и отрицательного заряда) в молекуле ВМС.

В качестве стабилизаторов в фармацевтической практике наиболее часто используют камеди (аравийскую, абрикосовую, трагакант); слизи (пектин, кислоту альгиновую, натрия альгинат, крахмал, желатин и желатозу), производные целлюлозы (метилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу), неорганические соединения (бентонит, аэросил). Кроме того, для повышения устойчивости суспензий часто применяют комбинированные стабилизаторы, обладающие высокой поверхностной активностью и вязкостью. Так, для стабилизации 3%-ной суспензии норсульфазола используют 3%-ный гель натриевой формы бентонита, модифицированный МЦ (5 %).

Пролонгаторы.

Недостатком глазных капель является короткий период терапевтического действия. Это обусловливает необходимость их частой инстилляции, а также представляет опасность для глаза. Например, максимум гипотензивного эффекта водного раствора пилокарпина гидрохлорида у больных глаукомой наблюдается только в течение 2 часов, поэтому приходится производить до 6 раз в сутки инстилляцию глазных капель. Частые инстилляции водного раствора смывают слезную жидкость, содержащую лизоцим, и тем самым создают условия для возникновения инфекции.

Сократить частоту инстилляций глазных капель и одновременно увеличить время контакта с тканями глаза можно путем пролонгирования является включение в состав глазных капель вязких растворителей, которые замедляют быстрое вымывание лекарственных веществ из конъюнктивального мешка. В качестве таких веществ раньше использовали масла (подсолнечное рафинированное, персиковое или абрикосовое).

Однако более эффективными пролонгаторами для глазных капель оказались синтетические гидрофильные ВМС, такие, как МЦ (0,5% - 2%), Nа - соль КМЦ (0,5 - 2%) поливинол (1,5%), микробный ПС аубазидан (0,1 - 0,3%), полиглюкин и др. Эти вещества не раздражают слизистую оболочку глаза, а также совместимы со многими лекарственными веществами и консервантами.

Усиление и пролонгирование действие объясняется увеличением продолжительности нахождения веществ в конъктивальном мешке, медленным, но полным всасыванием их через роговицу. Например, количество инстилляций 2% растворов пилокарпина гидрохлорида, приготовленных с 2% Nа КМЦ у больных было сокращено до 3 раз в сутки вместо 6 инстилляций водного раствора без добавления пролонгаторов.

2. Применение ВМС в медицинской практике

Началом применения полимерных материалов в медицине следует считать 1788 год, когда во время операции А. Шумлянский прибег к каучуку. Затем в 1895 году был использован целлулоид для закрытия костных дефектов после операций на черепе. В 1939 году совместные усилия стоматологов и химиков (И. Ревзина, Г. Петрова, И. Езриелева и др.) привели к созданию полимера АКР-7 для изготовления челюстных и зубных протезов. Вскоре появился ряд пластмасс из акриловых смол, оказавшихся пригодными для глазных протезов и восстановительных операций в челюстно-лицевой хирургии. В 1943 году С. Федоровым из полиметилметакрилата впервые сделана заплата для закрытия дефекта черепа. В настоящее время этот материал широко применяется у нас в стране и за рубежом. Из него изготовляют трубки для дренирования слезного мешка, гайморовой полости, протезы кровеносных сосудов, клапанов сердца, пищевода, желудка, мочевого пузыря, желчных протоков, уретры, хрусталика глаза; штифты и пластинки для фиксации костей при переломах, полимерные сетчатые «каркасы» для соединения кишок, сухожилий, трахеи.

В настоящее время из полимеров изготавливается более трех тысяч различных видов медицинских изделий. Вполне понятно, что дальнейшие успехи в этой области зависят от кооперирования и творческого содружества между химиками и медиками. Химическая промышленность выпускает различные полимеры с точным соблюдением тех требований, которые к ним предъявляют. Однако специальных полимеров для применения в медицине выпускается пока еще мало. Первостепенной задачей является разработка технических условий на «медицински чистые» полимеры, которые не оказывали бы вредного действия на организм человека.

С накоплением опыта применения синтетических материалов появился обоснованный скептицизм. Более того, сложные проблемы восстановительной хирургии не решались окончательно.

Инертные полимеры в живом организме оставались, к большому сожалению, инородным телом, они меняли свои физические свойства, поддерживали хроническую воспалительную реакцию; длительность функционирования протезов из полимеров приносила вред живому организму, в научной медицинской литературе появились сведения о канцерогенной опасности полимеров. Поэтому стали уделять больше внимания рассасывающимся материалам, которые в процессе регенерации постепенно замещались собственными тканями живого организма.

Весьма перспективен в этом отношении природный коллаген гидробионтов и наземных животных, сочетающий только положительные качества синтетических полимеров и тканевых трансплантатов.

Рис. 1. Коллаген

поливинилпирролидон химический этиленгликоль

Явным достоинством коллагена и полученных на его основе коллагеновых материалов для медицины является отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемая скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами, стимуляция регенерации собственных тканей организма.

Появление продуктов растворения коллагена (ПРК) расширило возможности широкого применения коллагена в различных областях медицины.

Из ПРК можно получить коллагеновые пленки, губки, нити, трубки и др. Коллагеновыми материалами лечат раны, ожоги, трофические язвы, пульпиты, их используют для пластики сосудов, клапанов, трахеи, закрытия дефектов кожи ожоговой или травматической этиологии, дефектов кости, твердой мозговой оболочки, роговицы, барабанной перепонки, печени и селезенки, а также в качестве шовного рассасывающегося материала и гемостатических средств и тампонов для заполнения костных полостей и т.д.

Коллаген является растворимым полимером и подвергается в живом организме резорбции, сроки которой можно регулировать в широких пределах. Коллаген может широко использоваться в сочетаниях с различными лекарствами. Он вступает в связи с различными веществами - гепарином, хондритинсульфатом, тромбином, антибиотиками, антисептиками, витаминами, гормонами и другими.

Рис. 2. Силиконы

Наиболее часто применяющиеся в медицине полимеры - силиконы. Их положительными свойствами являются химическая и физиологическая инертность, термостабильность - до 180 градусов Цельсия. Силиконы необходимы при косметических операциях на лице, молочных железах, для изготовления катетеров, клапанов сердца, пленки для защиты поверхности кожи при ожогах.

Рис. 3. Полиэтилен

Довольно широкое распространение в медицине получает полиэтилен. Он обладает большой прочностью, гибок и эластичен, не поддается органическим растворителям, щелочам и слабым кислотам. В нем отсутствуют токсичные вещества. Обычно используются две полиэтиленовые пленки, между которыми расположена сетка из синтетических волокон, например, лавсана.

Медицинский клей.

Важными достижениями последнего времени являются синтез пленкообразующих составов и конструирование распылителей для нанесения их на раны и ожоговые поверхности, а также создание медицинских клеев для тканей, сосудов, бронхов, кишечника и паренхиматозных органов.

Медицинский клей должен обладать рядом необходимых свойств: отсутствием токсического и аллергического влияния на организм, прочностью при соединении влажных тканевых поверхностей, способностью рассасываться в процессе образования соединительных тканей, бактерицидным и кровоостанавливающим действием. Впервые такой клей был выпущен американской фирмой «Этикон». В дальнейшем и в нашей стране на основе циакрила был разработан медицинский клей, широко применяющийся в хирургической практике.

Полимеры могут применяться как плазмо- и кровозаменители и для удлинения времени действия многих лекарственных препаратов. Помимо восстановления баланса крови при кровопотерях они обладают способностью связывать в организме токсические вещества. Отсюда, естественно, возникла идея использовать раствор полимера для пролонгирования (удлинения) срока действия лекарственного вещества. Исследования показали, что введение новокаина, инсулина, пенициллина, тетрациклина в раствор плазмозаменителя увеличивает продолжительность их действия и уменьшает токсичность.

В настоящее время осуществлен синтез полимерных препаратов - антисклеротических, противоопухолевых, анестезирующих, противолучевых, антибиотических, противотуберкулезных. Увеличение сроков действия лекарств дает возможность более рационально и реже вводить их в организм, что значительно удобнее для больных и медицинского персонала, особенно при длительном, иногда многомесячном лечении.

Перспективы использования полимеров в медицинской практике неограниченны. Из устойчивых к воздействию высокой температуры полимеров производят шприцы разового применения, системы для переливания крови, аппараты искусственного кровообращения и искусственной почки, шпатели, аппликаторы. На основании разработки, осуществленной московским и ленинградским институтами переливания крови, из полимеров (полиэтилена) выпускают наборы мешков и приспособлений для изготовления предметов ухода за больными, протезно-ортопедических изделий, лабораторной посуды.

Особенно высокие требования предъявляются к полимерам в ортопедической стоматологии - протезировании. Зубные протезы должны быть изготовлены по моделям с особой точностью, отражающей форму челюсти, а также положение и форму зубов. В результате долгих поисков была найдена рецептура отечественного полимерного материала на основе акриловых смол, который с успехом применяется в стоматологии.

В последние годы разрабатываются новые полимеры на основе эпоксидных смол, обладающие лучшими физико-механическими качествами. Они идут также на протезирование дефектов лица, когда по тем или иным причинам хирургическую операцию выполнить невозможно. Пломбировочные материалы создаются на основе эпоксидных смол «холодного» отвердения. Они достаточно тверды, сохраняют постоянный объем. Срок их службы исчисляется десятилетиями.

Современная реконструктивная хирургия сердца и сосудов немыслима без полимеров. Известно, что они должны обладать так называемой «биологической инертностью», иметь необходимую механическую прочность, соответствующие «усталостные» характеристики, желаемую физическую структуру, а главное - не вызывать образования тромбов на своей поверхности при контакте с кровью. Но идеальных в этом отношении сосудистых протезов пока нет.

Разработка, изготовление и применение эластичных трубок из синтетических волокон ознаменовали собой новый этап в сосудистой хирургии. Протезирование стало одним из самых распространенных видов восстановительных операций на сосудистой, главным образом артериальной системе.

Современные протезы сосудов по сравнению с естественными по своим функциональным свойствам еще далеко не совершенны. Однако накопленный опыт убедительно показывает, что синтетические материалы при протезировании отдельных участков аорты и ее крупных ветвей обеспечивают хорошую функцию этих участков кровеносного русла. Неудачи возникают при протезировании артерий малого диаметра, а также вен. Следовательно, необходимо разрабатывать новые полимерные материалы и более совершенные конструкции сосудистых протезов именно для таких отделов кровеносного русла.

Полимеры применяются также в восстановительной кардиохирургии, для замещения дефектов стенок и перегородок сердца. Причем рекомендуются полимерные ткани вязаной и тканой конструкций из полиэфирных волокон, ставших основой изготовления протезов.

Особое место в кардиохирургии занимают операции по поводу приобретенных и врожденных пороков сердца с использованием искусственных клапанов, являющихся на сегодня единственным радикальным методом излечения клапанного порока. Искусственные клапаны сердца завоевали «права гражданства» в хирургии, они успешно прошли испытания в эксперименте и применяются в клинике. Лучшим из них является шариковый клапан (каркас из титана и пластмассовый шар), сконструированный советскими инженерами в тесном сотрудничестве с хирургами. Он служит для замены всех сердечных клапанов: митрального, трехстворчатого, аортального и легочного.

Шариковые клапаны обладают высокой надежностью, долговременностью, хорошо функционируют. В период сердечного цикла они делают два движения - закрываются и открываются. Каждый из них производит около 80 миллионов колебаний в год. Дальнейшее совершенствование клапанных протезов идет по пути разработки малогабаритных моделей и конструкций с ламинарным (без завихрений) потоком.

Внедрение искусственных клапанов сердца в клиническую практику у нас в стране и за рубежом позволило радикально излечивать больных с тяжелой патологией клапанного аппарата сердца. Об этом свидетельствует опыт нескольких десятков тысяч операций. Наблюдения за оперированными больными показывают высокую эффективность их, значительное улучшение состояния больных и восстановление утраченной трудоспособности.

Хирургия открытого сердца немыслима без искусственного кровообращения. Из полимеров изготовляется соответствующая аппаратура. В качестве частей аппарата искусственного кровообращения используются, например, оксигенаторы, в которых кровь насыщается кислородом с помощью полупроницаемых мембран и трубки.

Большую роль играют также полимеры в создании вспомогательного кровообращения и искусственного сердца. Все методы вспомогательного кровообращения направлены на разгрузку сердца, временно утратившего свою полноценную сократительную способность, от работы по перекачиванию крови и преодолению сопротивления сосудистой системы. Из полимеров изготавливаются насосы-баллончики, с помощью которых осуществляется вспомогательная контрпульсация, искусственные желудочки, позволяющие исключить из кровообращения правый или левый желудочек сердца. Правда, эти устройства пока еще не получили широкого применения в клинике.

Особым требованиям должны удовлетворять полимерные протезы для замещения отделов желудочно-кишечного тракта (пищевода, стенки желудка, желчного протока и т. д.). Здесь главное условие - их герметичность и надежная изоляция окружающих тканей от инфицированного содержимого кишечника. Однако пока такие протезы еще не созданы. Применение нашли лишь протезы из полиэтилена в виде трубок, обеспечивающие временную проходимость пищевода при его поражении опухолью. Делаются попытки изготовить протез желчного протока на основе пористой сосудистой трубки, покрытой для герметизации пленкой из полимеров.

Создание новых, более совершенных протезов тесно связано с разработкой биосовместимых материалов, имеющих определенные сроки рассасывания. В хирургии уже есть опыт замещения дефектов мягких тканей, особенно после иссечения рубцов, при послеоперационных грыжах. Здесь используются высокопористые ткани и трикотаж из лавсана, пропилена. Похожие на сетку, они не рассасываются в организме, образуя прочный каркас для мягких тканей.

Существенную роль играют полимеры при лечении переломов. Перспективным представляется создание из них костных штифтов с длительными сроками рассасывания, чтобы надежно фиксировать отломки кости до полного срастания перелома. Разработка таких штифтов ведется на основе биосовместимых материалов. Для лучшего срастания костных отломков трубчатых костей (бедра, костей голени) сейчас применяются металлические гвозди, пластины. Однако через 6-8 месяцев требуется повторная операция для удаления металлических деталей. При штифтах и пластинах из биосовместимых материалов надобность в такой операции отпадает и сокращаются сроки лечения больного, так как сам полимер, рассасываясь, стимулирует образование костной мозоли.

Быстрое развитие химии создает условия для синтеза полимеров, обладающих всем необходимым комплексом биологических свойств. В ближайшие годы, несомненно, появятся новые соединения, которые будут использоваться в протезировании внутренних органов и систем, вплоть до применения их в качестве переносчиков газов крови, а также веществ, усиливающих действие лекарственных препаратов.

Заключение

Высокомолекулярные соединения являются основной составной частью большого числа конструкционных материалов, применение которых связано с, выполнением тех или иных механических функций. Такие материалы должны обладать высокой прочностью, эластичностью, твердостью, и в этом отношении с высокомолекулярными соединениями могут соперничать лишь металлы.

Только немногие отрасли промышленности перерабатывают высокомолекулярные природные материалы без применений каких-либо химико-технологических процессов, методами чисто механической технологии. Такова, например, деревообделочная промышленность. Гораздо многочисленнее отрасли промышленности, где при переработке природных высокомолекулярных материалов сочетаются процессы механической и химической технологии. При этом, например, в производстве хлопчатобумажных, шерстяных и льняных текстильных волокон, натурального шелка, в меховой и кожевенной промышленности преобладают процессы механической технологии, однако для выпуска готового изделия необходимы и такие важные химико-технологические процессы, как крашение волокон, тканей, меха, окраска и дубление кожи и т. д. В целлюлозно-бумажной промышленности, частично в резиновой (на основе натурального каучука), в производстве эфироцеллюлозных и белковых пластических масс, кинопленки, искусственного волокна, наоборот, преобладают химико-технологические процессы обработки.

Некоторые отрасли промышленности занимаются расщеплением природных высокомолекулярных веществ с целью получения ценных пищевых продуктов и технических низкомолекулярных материалов. Сюда относятся гидролизная промышленность (производство этилового спирта гидролизом древесины), крахмалопаточное, пивоваренное и другие производства, использующие процессы брожения.

С каждым годом возрастает производство синтетических полимеров, т.е. высокомолекулярных соединений, получаемых из низкомолекулярных исходных продуктов. Быстро развиваются такие отрасли промышленности, как промышленность пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, клеев, электроизоляционных материалов и др.

Список литературы

1. Виноградова С. В., Васнев В. А. Поликонденсационные процессы и полимеры. : М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000.

2. Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 20-е изд., испр./Под ред. Рабиновича В. А.-Л.: Химия, 1979.

3. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М., Химия, 1983.

4. Валиотти Н.Б. и др. Использование методов термического анализа для прогнозирования долговечности полимерных материалов на основе полиолефинов. М., НИИТЭХИМ, 1988.

5. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров. М., Химия, 1984.

6. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М., Химия, 1989.

Размещено на Allbest.ru