Полимеры, используемые в восстановительной хирургии

В восстановительной хирургии полимеры используются очень широко. Вместе с тем, эта область использования предъявляет к ним самые жесткие требования по критериям токсичности, канцерогенности, раздражающего действия, стабильности или нестабильности в организме и ряду других.

Сфера использования полимеров в восстановительной хирургии весьма обширна. Это шовные и клеевые материалы для соединения тканей и сосудов, материалы для протезов самых разных органов, перевязочные материалы и многое другое. Соответственно назначению и требования к полимерам предъявляются различные. Для длительного обеспечения функционирования замещаемых тканей и органов применяются биоинертные полимеры. Они должны обладать высокой устойчивостью по отношению к жидким средам организма, не изменять своих первоначальных характеристик при деформациях. Кроме того, они должны выдерживать различные виды стерилизационной обработки. К таким полимерам относятся, главным образом, карбоцепные — полиэтилен, полипропилен, полиметилметакрилат. Из гетероцепных к биоинертным полимерам, используемым для протезирования функциональных узлов искусственных органов, относится поликарбонат, из которого делают корпуса и детали искусственных желудочков и стимуляторов сердца. Для протезирования мягких тканей широко применяют кремнийорганические каучуки. Однако было обнаружено, что у многих женщин в США, сделавших операцию протезирования груди с использованием этого полимера, возникли злокачественные опухоли.

Предварительные испытания показали, что другой элементоорганический каучук — полиперфторалкилфосфазен —

является совершенно безвредным в аналогичных операциях. Кроме того, этот каучук может быть использован в стоматологии при создании протезов челюстей. Его используют как демпфирующую прокладку между десной и жестким материалом протеза, изготавливаемого обычно из окрашенного сополимера метилметакрилата с другими виниловыми мономерами. Обладая очень высоким тангенсом угла механических потерь (способностью поглощать и неупруго рассеивать механическую энергию), полимер поглощает энергию при пережевывании пищи, что позволяет избежать раздражения тканей десен.

Основной проблемой при применении полимеров для длительного функционирования в организме является их несовместимость с тканями организма. Это приводит к тому, что на поверхности полимеров происходит осаждение трансформированного вещества биологических сред. Прежде всего, это относится к тромбообразованию при контакте полимера с кровью, что создает очень серьезные трудности при проведении операций на сердечно-сосудистой системе. Внутренняя поверхность протезов сосудов, вставляемых в кровеносное русло, постепенно “инкрустируется”, просвет сужается и ток крови через протез уменьшается вплоть до полного прекращения. Аналогичная “инкрустация” наблюдается при протезировании желчных протоков и мочеточников.

Полимеры сильно различаются по тромбогенной активности. Наиболее выражена склонность к образованию тромбов на поверхности полистирола и алифатических полиамидов, что ограничивает применение этих полимеров в протезировании внутренних органов.

Эксперименты по изучению тромбогенной способности полимерных тел показали, что она очень сильно зависит от свойств их поверхности. Так, обработка поверхности полимера гепарином —

полисахаридом, содержащимся в организме в составе гликопротеида и препятствующим свертыванию крови, позволяет снизить тромбогенную способность в десятки, а иногда и в сотни раз. К такому же, но менее выраженному эффекту приводит обработка поверхности коллоидным графитом и синтетическими аналогами гепарина, содержащими ионогенные группы такой же природы (полистиролсульфокислота, полиэтиленимин). Очень перспективными представляются работы по химической модификации поверхности вводимых в организм полимерных тел. Их суть сводится к формированию на поверхности полимера инициирующих групп и последующей полимеризации с их участием мономеров с ионогенными группировками. Однако эти работы находятся только на исследовательской стадии.

Очень перспективным в протезировании тканей связок, соединительной ткани и других видов твердой хрящевой ткани представляется использование сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Этот полимер с молекулярной массой выше 3 млн. обладает уникальными механическими и трибологическими характеристиками и успешно используется в заместительной хирургии, в частности, коленного сустава.

Для обеспечения временного функционирования органа на период регенерации тканей используют так называемые биоассимилируемые полимеры. Они должны обладать способностью деструктироваться или растворяться под действием жидких сред организма без образования токсичных продуктов. Скорость биодеградации биоассимилируемых полимеров под влиянием жидкой среды организма должна соответствовать скорости регенерации тканей. Обычно она составляет от нескольких недель при протезировании мягких тканей до нескольких месяцев при протезировании костных тканей.

Биоассимилируемые полимеры широко применяются для изготовления нитей для шовных и перевязочных материалов, пленочных покрытий ожогов, клеев для бесшовного соединения тканей и сосудов. Создание таких материалов чрезвычайно важно для проведения внутриполостных операций. Традиционно в качестве нитей при хирургических операциях используются прочные тонкие нити из натурального шелка. Однако они имеют ряд недостатков, особенно при операциях на внутренних органах. В качестве рассасывающегося шовного материала используют кетгут — жилку из кишок мелкого рогатого скота, но у некоторых больных он вызывает аллергическую реакцию.

Этих недостатков лишены рассасывающиеся шовные нити из синтетического полимера — полигликолида (см. выше). Он нетоксичен, в контакте с тканями организма не вызывает повышения температуры тела. Нити из полигликолида рассасываются за 2 — 4 месяца. Время рассасывания можно регулировать, вводя в мономерную композицию 5 — 10% лактида. Время гидролиза гликолид-лактидного сополимера больше, он обладает лучшей растворимостью, легче очищается. Основными продуктами гидролиза таких сополимеров являются гликолевая и молочная кислоты – естественные продукты метаболизма.

По своим свойствам эти полимеры представляют собой твердые вещества с температурами плавления от 140 до 230 ºС. Это дает возможность перерабатывать их в изделия обычными методами переработки термопластов – экструзией, литьем под давлением. Кроме шовных материалов из них изготавливают крепежные изделия для соединения фрагментов костей при сложных переломах. По мере срастания этих фрагментов крепежный материал рассасывается за счет биодеструкции. В настоящее время разработаны методы синтеза и получены полимеры, предназначенные для изготовления шовных и крепежных хирургических материалов, имеющие время рассасывания в организме от нескольких дней до многих месяцев, сохраняющих механическую прочность в течение заданного времени. Такие материалы необходимы для применения в хирургии разных органов, когда время заживления ткани может быть существенно различным. Общий подход при создании подобных полимеров – регулирование гидрофильности макромолекул и включение в их состав мономерных звеньев с легко гидролизуемыми связями.

Подход, основанный на увеличении способности к растворению и гидролизу, применяется и при создании хирургических перевязочных материалов, в качестве которых традиционно используются ткани на основе хлопковой целлюлозы. В медицинской практике это необходимо для менее болезненного отделения перевязочных материалов от ран или обожженной ткани. Для этого целлюлозу в виде хлопчато-бумажной пряжи или марли обрабатывают окислами азота. В результате первичные гидроксильные группы в положении 6 окисляются в карбоксильные. Полученный материал называется “оксицеллюлоза”. Время его рассасывания при содержании карбоксильных групп 14 — 16% составляет 15 дней.

Кроме нитевых материалов, в хирургической практике для соединения тканей используются и клеи. Наибольшее применение находят цианакрилатные клеи, основу которых составляют эфиры цианакриловой кислоты общей формулы

где R — алкил.

Обладая высокой реакционной способностью, они быстро полимеризуются на воздухе в присутствии следов влаги или веществ основного характера. Цианакрилатные клеи применяют для склеивания тканей при операциях на органах дыхания и пищеварения, в сердечно-сосудистой хирургии, хирургии внепеченочных желчных путей, печени и других систем организма. При заживлении соединяемые ткани срастаются, а клей постепенно рассасывается в течение 1 — 6 месяцев. Использование цианакрилатных клеев в хирургии требует осторожности, так как из-за большого теплового эффекта полимеризации при нанесении избытка клея возможны ожоги соединяемой ткани.