Шкідлива дія полімерів на організм - полімери медичного призначення

З усіх негативних впливів, що надаються синтетичними матеріалами на живий організм, слід вказати на інтоксикацію. З огляду на те, що отруєння виникають як наслідок абсорбування організмом звичайних речовин, високомолекулярні сполуки як такі не можуть викликати інтоксикацію, (оскільки вони не розчиняються в рідинах організму. У зв`язку з цим треба відразу ж зазначити, що вироби з полімерів зазвичай містять (різноманітні низькомолекулярні домішки, залишаються після виробничо-технічних процесів. Наприклад, в результаті синтезу і полімеризації залишаються мономери, розчинники, каталізатори та побічні продукти реакцій- після процесів обробки - пластифікатори, стабілізатори, барвники і наполнітелі- крім того, можуть залишатися стерилізатори (бактерициди), пірогени і інші речовини. Допустимий (без шкідливих наслідків) зміст таких домішок в організмі, а також рівень їх токсичності майже не піддаються точному визначенню. Зрозуміло, що, якщо б вдалося отримати полімер, абсолютно вільний від низькомолекулярних домішок, то матеріал з нього можна було б назвати абсолютно нешкідливим, т. е. що володіє абсолютною биосовместимостью.

Таблиця 22. Визначення биосовместимости деяких полімерних матеріалів по інтенсивності інгібуючої дії на культуральне вирощування тканини

Умовні позначення: +1 - незначне пригнічення росту тканини з утворенням вакуолей- +2 - освіту вакуолей, морфологічні зміни, помітне пригнічення росту тканини-+3 - досить інтенсивні процеси утворення вакуолей і уповільнення зростання тканини-+ 4 - повне припинення росту тканини.
Повний зміст СН3 і СН в екстракті (за даними ІК спектроскопії) виражено в молях на 1 / млн. частина в перерахунку на н-гексанол.
Останнім часом почали випускати комерційні вироби з полімерів так званої «медичної ступеня чистоти». Вони, звичайно, не повністю вільні від домішок, але в процесі їх виробництва були використані всі відомі способи очищення. Все ж, незважаючи на це, при використанні таких виробів, т. Е. При контакті з живим організмом часто відбувається непередбачене розкладання, що свідчить про наявність домішок. Таким чином, остаточно позбутися від них поки не вдалося.
У табл. 22 наведені результати лабораторних випробувань токсичності деяких комерційних полімерів медичного призначення [1]. Кожен полімерний матеріал піддавали екстракції методом так званого псевдовнеклеточного потоку при температурі 120 ° С і тиску 2,109 кг / см2, а потім визначали, наскільки інтенсивно отриманий екстракт перешкоджає культуральному вирощування тканини in vitro.
Ні в якому разі не слід, що результати подібних реакцій безпосередньо відображають вплив полімеру на живе тіло, однак з будь-якого високомолекулярної речовини в більшому або меншому обсязі можна екстрагувати домішки, і, отже, в тій чи іншій мірі полімер обов`язково впливає на організм. Є всі підстави стверджувати, що ступінь такого впливу залежить не тільки, навіть не стільки від природи полімеру, скільки від способу його синтезу і головне від технології його переробки в конкретне медичний виріб або препарат. Так, наприклад, медикаменти з одного і того ж полімеру, приготованого за різними технологічними схемами, по-різному впливають на організм. І все ж в якості загального висновку можна, мабуть, стверджувати, що силікони і тефлон менш шкідливі для живого організму, ніж нейлон і поліуретани.
Відносно травмування та канцерогенної дії полімеру на живу тканину простежуються аналогічні кореляції, де визначальна роль належить хімічним складом і кількістю екстрагуються домішок. Однак тут до них додається ще один фактор - чисто механічна дія, і це підтверджується численними даннимі- вони свідчать про найважливіший значенні фізичних динамічних властивостей, морфології і будови поверхні полімерного матеріалу.
Узагальнити всі перераховані чинники і вивести єдину всеосяжну теорію їх впливу на організм практично неможливо. Різноманіття їх лише характеризує складність проблеми в цілому.

Негативна дія синтетичних полімерів на кров

Можна стверджувати, що найбільш важливим аспектом біологічної сумісності полімерів є їх спорідненість з кров`ю. Поки кров протікає по природним судинах, процес йде гладко і ніяких проблем не виникає, однак застосування апарату «серце - легені» або штучної нирки відразу ж викликає необхідність відведення крові з організму і створення Внеорганние циркуляційної ланцюга, а це загрожує небезпекою миттєвого згортання крові в тій чи іншої частини ланцюга. Так, катетеризація кровоносних судин (для дослідження стану їх поверхні або вимірювання кров`яного тиску) часто супроводжується утворенням тромбів, які обліплюють катетер і в кінцевому рахунку закупорюють судину. Зрозуміло, що здатність крові згущуватися і перешкоджати тим самим гемофілії при травмуванні судин є один із проявів природного регулюючого механізму, зокрема адаптаційної здатності організму до зовнішніх впливів. Однак при лікуванні з використанням штучних матеріалів типу полімерів, при діагностуванні і в багатьох інших випадках така властивість крові представляє значні незручності та перешкоди. Для подолання їх зазвичай використовують антикоагулянти типу гепарину, згодом виділяються з організму. Особливість дії останніх полягає в тому, що вони позбавляють здатності згортатися всю кров, яка циркулює в біологічній системі, і тим самим гранично полегшують її виведення з організму. Разом з тим тут же таїться і вкрай серйозна небезпека повної гемофілії, тому антикоагулянтами можна користуватися лише протягом дуже короткого часу. Це, звичайно, створює значні незручності. Таким чином, надзвичайно нагальним є створення такого синтетичного матеріалу, який, по-перше, не порушував би природного регулюючого механізму, т. Е. Згортання крові, по-друге, абсолютно не викликав би тромбоутворення.

Таблиця 23. Вплив деяких полімерних матеріалів на згортання крові і гемоліз (in vitro)

* Збільшення гемоглобіну, мг / 100 мл крові.
У табл. 23 наведені результати випробувань in vitro деяких синтетичних матеріалів на прискорення коагуляції крові. Мета експериментів полягала в тому, щоб визначити час, що протікає до повного згортання крові (за методом Лі - Уайта). На підставі цих результатів можна (вивести, що при контактуванні з поверхнею скла коагуляція крові максимально прискорюється, тоді як силікон стимулює процес вельми слабо. Звичайно, в більшій чи меншій мірі коагулююча вплив має місце в будь-якому випадку, і, якщо говорити про полімери взагалі, то домогтися їх повної коагуляционной нейтральності, очевидно, не вдасться. Можна констатувати, що три маніпулюванні in vivo і навіть в процесі природної циркуляції крові практично всі штучні матеріали в тій чи іншій мірі викликають тромбоутворення.
Тривала (циркуляція крові поза організмом при використанні синтетичних полімерів вкрай небажана також через небезпеку руйнування еритроцитів, т. Е. Гемолізу. Звичайна тривалість існування еритроцитів досягає 4 міс, проте в умовах контактування з чужорідним тілом різко зростає небезпека фізичного травмування крові. Зрозуміло, що ступінь механічних пошкоджень залежить як від хімічних, так і від фізичних властивостей поверхні даного тіла, а тому при проектуванні апаратури, інструментарію та взагалі медичних виробів і препаратів найважливіше значення набуває вибір відповідного матеріалу. взагалі ж в порівнянні з проблемою антикоагуляційної питання природи, технологічності і інших властивостей полімерів значно простіше і включає менше вузьких місць.
У табл. 23 показано збільшення вмісту гемоглобіну в крові при гемолізе- очевидно, що в цьому відношенні як скло, так і силіконові каучуки мають порівняно сприятливі властивості. При випробуваннях на живому об`єкті досить велике кількість погрешностей- крім того, експериментальні дані залежать від складного комплексу характеристик, зокрема від стану поверхні матеріалу, а тому не слід занадто переоцінювати точність одержуваних результатів. Нарешті, доводиться враховувати адгезію, освіту агрегацій і руйнування еритроцитів, денатурацію і адсорбцію білків, імунні процеси і багато інших чинників.

Деградаційні зміни синтетичних полімерів в живому організмі

Жива матерія ставить вкрай жорсткі умови для контактує з нею синтетичного матеріалу, і необхідно передбачити найрізноманітніші деградаційні зміни останнього при введенні його в організм. Разом з тим масштаби робіт в цьому напрямку все ще досить скромні і число публікацій незначно. Цілком ймовірно, становище зумовлено тим, що в порівнянні з отрутами, які (за винятком кількох повільно діючих) реагують з організмом вкрай швидко, полімери дають абсолютно протилежну картину. А саме вплив, яке відчувається полімером з боку організму, проявляється зазвичай лише через довгі місяці і навіть роки. Лише останнім часом фахівці приступили, нарешті, до досліджень in vitro деградаційних змін, що зазнають штучними матеріалами в живому організмі за відносно короткий термін.
У табл. 24 представлені зміни механічних характеристик різних полімерів в результаті досить тривалого перебування в черевній порожнині собаки [3]. Згідно з наведеними даними, міцність (при розтягуванні поліуретану та нейлону знижується набагато швидше ніж силіконів і тефлону. Це дозволяє (припустити, що синтетичний полімер, введений в живий організм, в різному ступені, але неминуче зазнає розрив макромолекулярних ланцюгів, руйнування надмолекулярних структур і інші зміни деградаційної характеру. Для контролю можна використовувати мічені полімери, і тоді в переважній більшості випадків в сечі через кілька днів починають з`являтися продукти розкладання цих полімерів [13].
Таблиця 24. Зниження міцності при розтягуванні синтетичних полімерів в результаті перебування в живому організмі [3]