Полимерные материалы в медицине, их гигиеническая характеристика.

Полимерами называют соединения, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся структурных единиц – звеньев (мономеров). Полимерные материалы получают в результате 2х основных реакций химического синтеза – полимеризации и поликонденсации. Реакция полимеризации – реакция присоединения, когда из большого числа молекул одинаковых или различных низкомолекулярных веществ (мономеров) образуются молекулы высокомолекулярных соединений (полимеров) без выделения побочных низкомолекулярных продуктов. Реакция поликонденсации является реакцией замещения, когда из множества одинаковых или различных молекул мономеров вследствие замещения простых или сложных радикалов в одной молекуле мономера на другую молекулу мономера возникают молекулы полимеров. Полимеры, синтезированные из нескольких видов мономеров, называют сополимерами (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные смолы и др.)

Все полимерные материалы, применяемые в медицине, по назначению разделяются на 3 группы:

1-я группа – полимерные материалы, предназначенные для введения в полости, ткани и кровь, в том числе для длительного или постоянного пребывания в организме. Эти полимеры применяются в хирургии, трансплантологии, переливании крови и кровезаменителей, фармакологии. В свою очередь их можно разделить на несколько подгрупп: 1)внутренние протезы, пломбы, искусственные органы; 2) тканевые клеи; 3) шовный и перевязочный материал; 4) плазмо- и кровезаменители, дезинтоксикаторы, интерфероногены, антидоты; 5) лекарственные препараты, изготовленные на основе полимеров, в том числе ионитов; 6) полимеры, используемые в технологии лекарственных форм (защитные пленки, капсулы и микрокапсулы, вспомогательные средства и т.п.).

2-я группа – полимерные материалы, контактирующие с тканями организма, а также с веществами, которые в него поступают, не вводимые в организм на длительный срок, а именно: 1) тара для упаковки и хранения лекарственных средств, крови, крове- и плазмозаменителей; 2) полимеры, применяемые в стоматологии (кроме пломб); 3) контактные линзы; 4) хирургический инструментарий, шприцы; 5) узлы и детали медицинских аппаратов и приборов, в том числе полупроницаемые мембраны.

3-я группа – полимерные материалы, не предназначенные для введения и не контактирующие с веществами, вводимыми в организм. Изделия из полимерных материалов данной группы наиболее широко представлены в медицинском обиходе, поскольку все изделия, не входящие в первые две группы, относятся к 3-й группе. Среди них можно выделить: 1)полимеры, применяемые в анатомии и гистологии (препараты, муляжи, макеты и пр.); 2) предметы ухода за больными; 3) лабораторная посуда, штативы, шпатели и т.д.; 4) оборудование операционных, перевязочных, процедурных и других больничных помещений; 5) оправы и линзы для очков; 6) протезно-ортопедические изделия (в том числе обувь); 7) больничная одежда, белье, постельные принадлежности; 8) строительные конструкции, облицовочные материалы, коммуникации, больничная мебель и т.д.

В смысле гигиенической характеристики наибольшее внимание следует уделить полимерным изделиям 1-й группы. Полимерные материалы этой группы предназначены для имплантации в организм человека на различные сроки.

К полимерным материалам для протезирования внутренних органов предъявляют очень жесткие требования. Главный из них- длительное сохранение основных физико-химических и механических свойств в условиях воздействия ферментативной системы живого организма, а также биологическая инертность, обуславливающая легкую адаптацию организма к имплантату.

Наиболее успешно для имплантации в организм используют полиакрилаты- полимеры на основе акриловой и метакриловой кислот. Так, для артропластики тазобедренного сустава и для замещения дефектов костей черепа 1946г. в Центральном институте травматологии и ортопедии (ЦИТО) успешно используется полиметилметакрилат(ПММА). Широко применяют для замещения дефектов брюшной стенки или диафрагмы при операции грыжи перфорированные пластинки из фторопласта, капроновую сетку, ивалон. В настоящее время чаще используют плетеные, вязаные, тканые протезы из лавсана марок ПЛ, ТТЛ и др. Подобная структура изделий способствует улучшению обменных процессов, прорастанию соединительной ткани в стенки протезов и более быстрому их приживлению. Достаточно быстрый лечебный эффект наблюдается при использовании протезов из бактерицидных полимерных материалов летилена, биолана, йодина. При протезирующих операциях на сердце применяют шариковые клапаны из фторопласта и кремнийорганического каучука. Большой интереса представляют относящиеся к первой группе изделия из полимерных материалов, предназначенные для временного пребывания в организме до срастания или регенерации тканей, после чего они должны полностью рассасываться. К ним относятся штифты и пластинки для временной фиксации костей при переломах, кольца, втулки и трубки, выполняющие роль каркасов для соединения кишечника, кровеносных сосудов, нервов, сухожилий.

К рассасывающимся материалом этой группы дополнительно предъявляются следующие важные требования: полная безвредность для организма, рассасывание в заданные сроки (от 14 суток до года), сохранение свойств при стерилизации, легкость моделирования изделий и достаточная их прочность.

Для изготовления жестких протезов типа кишечных втулок, костных штифтов и пластин используется сополимер желатина с акрилонитрилом, способный рассасываться, не набухая, в различные заданные сроки в зависимости от содержания акрилонитрила. Сходными свойствами обладают изделия из каучука СКУ-6(силиконовый каучук усовершенствованный №6), полностью рассасывающиеся в течение 3 мес. и не оказывающие при этом какого-либо неблагоприятного действия на организм.

Широко и удачно используются в медицинской практике полимеры, состоящие из связанных между собой периодически повторяющихся атомов кремния и кислорода. Изделия из силиконов обладают важными для имплантации свойствами - гидрофобностью, химической и биологической инертностью, термостабильностью, механической устойчивостью и эластичностью.

Различные виды силиконов применяют при косметических операциях на лице, молочных железах, для замены мягких тканей, при пластике твердого неба, для изготовления клапанов сердца, а жидкие силиконы - для лечения ожогов, пленка из которых образует на поверхности кожи защитную оболочку, пропускающую водяные пары и защищающую от внешних механических воздействий и микроорганизмов.

На ряду с силиконом при лечении ожогов используют искусственную кожу из коллагена. Она достаточно эластична, хорошо набухает и пропускает водяные пары.

Среди других материалов 1-й группы можно назвать полиэтилен низкого давления (ПЭНД). Он химически стабилен, термостоек, эластичен, гидрофобен. Однако к его недостаткам следует отнести способность адсорбировать жиры и биологически активные вещества. Положительные качества полиэтилена позволяют использовать его в пластической хирургии. Из полимеров полиуретонового ряда часто применяется пенополиуретан- пористый химически и биологически инертный материал. Он используется для пломбировки околопочечного и легочного пространства после удаления органов. Особое внимание в хирургии уделяется шовному и перевязочному материалу. Помимо указанных выше требований к полимерным материалам, имплантируемым в организм, этот материал должен обладать высокой капиллярностью для поглощения тканевого экссудата, эластичностью, термостабильностью.

Материалы 2-й группы, так же как и имплантируемые полимеры, должны обладать следующими свойствами.

1. В рецептуре полимерного материала не должны входить вещества с токсическими и кумулятивными свойствами, специфическим (канцерогенным, мутагенным, аллергенным и др.) действием на организм.

2. Изделия из полимерных материалов 2-ой группы при контакте со средами организма не должны изменять органолептических и физико-химических свойств этих сред.

3. Полимерные материалы не должны выделять химические вещества, входящие в рецептуру материала, больше допустимых количеств миграции (ДКМ).

4. Полимерные материалы не должны стимулировать рост микроорганизмов.

5. При контакте со средами организма а процессе эксплуатации не должны меняться физико-химические, органолептические и механические свойства изделия, а также его внешний вид.

Для изготовления изделий медицинского назначения в этой группе наиболее подходят поливинилхлорид(ПВХ) с нетоксичными пластификаторами (триэтилцитрат). Он стабилен, термостоек, неогнеопасен. Используют также полиэтилен, полиамиды, фторопласт и др. Из этих материалов производят детали медицинских аппаратов искусственного кровообращения (АИК) и аппарата «искусственная почка», гинекологические зеркала, катетеры для переливания крови, расширители, шпатели, тару для хранения крови и кровезаменителей.

Полупроницаемые мембраны, используемые в аппаратах «искусственная почка», «искусственное легкое», для разделения белковых фракций крови, могут быть выполнены из полиэтилена, целлофана, фторопласта.

Цилиндры шприцев одноразового использования делают из полистирола, полиамидав, поликарбоната, поршни- из полиэтилена низкого давления.

В офтальмологии из полимерных материалов 2-й группы изготавливают контактные линзы. Твердые линзы из полиметилметакрилата свободно омываются слезной жидкостью.

Более удобны и субъективно легче переносятся мягкие контактные линзы, изготовляемые из водного коллагена. Однако они плотно прилегают (присасываются) к роговице, затрудняя доступ к ней слезной жидкости, а следовательно, кислорода. Такие контактные линзы можно носить постоянно лишь 1,5 – 2 ч, после чего их необходимо не некоторое время удалять. Мягкие контактные линзы используются также при травмах для защиты роговицы от внешних воздействий. Кроме того, контактные линзы применяются в терапевтической офтальмологии для длительного введения лекарственных препаратов, адсорбированных в этих линзах.

К полимерам 3-й группы, не вводимым в организм и не контактирующим с веществами, вводимыми в организм, предъявляют такие же требования, как и к материалам бытового назначения. В зависимости от области применения (больничная одежда, белье, посуда, коммуникации, строительные конструкции и т.д.) эти требования заключаются в следующих основных положения: не должны выделятся в контактные среды, в том числе и биологические(воздух, вода и др.), химические вещества, входящие в рецептуру, в количествах, превышающих ДКМ для этих сред; не должны оказать резорбтивное, раздражающее и аллергенное действие на кожу и слизистые оболочки, а также вызывать отдаленных последствий; полимерные материалы должны быть достаточно стабильными и сохранять благоприятные органолептические свойства. Изделия из полимерных материалов следует использовать по их прямому назначению, на посуде следует указывать область применения.