Медицина и полимеры
Выполнил: Выскварко Денис
Ученик 11 «В» класса
Школы №69
Санкт – Петербург 2001
Медицинские полимеры
Развитие методов синтеза и модификации медицинских полимеров и сополимеров, взаимопроникновение идей и методов химии, биологии и медицины позволяют перейти к решению важнейших задач теоретической и практической медицины, осуществлению самых дерзновенных идей человечества.
В настоящее время широким фронтом ведутся работы по синтезу физиологически активных полимерных лекарственных веществ, полусинтетических гормонов и ферментов, синтетических генов. Большие успехи достигнуты в создании сополимерных заменителей плазмы человеческой крови. Сейчас уже не редкость, когда человеку в случае необходимости восполняют до 30% крови растворами медицинских сополимеров. Синтезированы и с хорошими результатами применяются в клинической практике эквиваленты различных тканей и органов человека: костей, суставов, зубов. Созданы протезы кровеносных сосудов, искусственные клапаны и желудочки сердца. Синтез полупроницаемых полимерных мембран и умелое использование разнообразных свойств сополимерных материалов привели к созданию аппаратов «искусственное сердце-легкое» и «искусственная почка». Они позволяют временно заменить соответствующие органы человека, в частности проводить сложные хирургические операции на сердце и легких.
Медицинские полимеры и сополимеры используются для культивирования клеток и тканей, хранения и консервации крови, кроветворной ткани – костного мозга, консервации кожи и многих других органов. В терапии широко используются сополимеры – ионообменники (ионообменные смолы) для удаления из организма щелочных металлов, радиоактивных элементов, для введения в организм дополнительных количеств необходимых ионов металлов. Изучается возможность применения ионообменников для коррекции электролитного и кислотно-щелочного равновесия биологических сред при сердечной, печеночной и почечной недостаточности. На основе синтетических сополимеров создаются противовирусные вещества, пролонгаторы важнейших лекарственных средств, противораковые препараторы.
Использование медицинских полимеров для изготовления хирургических инструментов и оборудования (шприцы и системы для переливания крови разового использования, бактерицидные пленки, нити, клетки) коренным образом изменило и усовершенствовало технику медицинского обслуживания.
Синтез медицинских полимеров может осуществляться по двум механизмам, лежащим в основе получения синтетических макромолекул: полконденсации и полимеризации.
Синтез полимеров методом поликонденсации
Синтез полиэфирных смол. Полиэфирные смолы получаются в результате реакции поликонденсации дикарбоновых кислот и многоатомных спиртов. Широкое применение в различных областях техники и медицины нашел полиэтилентерефталат. Эти волокна являются основой для изготовления протезов кровеносных сосудов. Современные протезы кровеносных сосудов получаю на текстильных производствах в виде гофрированных трубок различного диаметра. Важнейшей характеристикой протезов кровеносных сосудов является пористость (порозность) боковой стенки сосуда. Наличие небольших отверстий в этой стенке позволяет естественным тканям кровеносных сосудов прорастать в них, обеспечивая тем самым вживление и функционирование протеза. Биологическая пористость оценивается количеством крови, проходящей через единицу боковой поверхности протеза за минуту. Протезы из полиэфирных волокон вот уже более 20 лет с успехом используются для замены пораженных участков сосудистой системы.
Синтез силиконовых каучуков (полисилоксанов).Синтез полисилоксанов осуществляется в результате последовательных реакций поликонденсации низкомолекулярных кремнийорганических многоатомных спиртов.
В настоящее время синтезируют новые, более совершенные марки полисилоксанов. Среди них необходимо отметить трифторпропиленметилполисилоксан. Этот полимер обладает максимальной совместимостью с кровью и в меньшей степени, чем другие полимеры, вызывает образование тромбов. Полисилоксаны и силиконовые резины на их основе широко используются для создания медицинских изделий, контактирующих с кровью: элементов искусственных клапанов сердца, мембраны искусственных клапанов сердца, частей аппаратов искусственного кровообращения и искусственной почки.
Жидкие кремнийорганические полимеры – силиконовые масла – обладают еще одним чрезвычайно перспективным для использования в медицине свойством. Силиконовые масла, так же как и некоторые фторсодержащие олигомеры и полимеры, способны растворять и удерживать до 20% кислорода. Это свойство легло в основу их использования в качестве новых перспективных плазмозаменителей и «дыхательных жидкостей». Возможно, в будущем плазмозаменителей можно будет использовать аппаратах искусственного кровообращения.
Все большее применение в качестве медицинских полимеров находят полиэфируретаны. Они обладают удовлетворительной тромборезистентностью и применяются для изготовления различных медицинских изделий, контактирующих с кровью в течении небольшого времени.
Основным недостатком синтеза медицинских полимеров методами поликонденсации является образование побочных продуктов и невозможность полного превращения исходных низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные. Необходимо отметить, что все исходные низкомолекулярные соединения являются токсичными веществами, поэтому получение медицинских марок полимеров требует специальных условий проведения процессов и дополнительной очистки конечных продуктов.
Синтез полимеров методом полимеризации.
В отличие от поликонденсации при полимеризации получаются макромолекулярные соединения из низкомолекулярных без образования побочных продуктов и практически при полном превращении мономеров в полимеры. Совершенствование процессов полимеризации дает возможность отделять не прореагировавшие мономеры на стадии получения полимеров и таким образом добиваться высокой чистоты синтезируемых продуктов.
Синтез медицинских сополимеров необходимо проводить таким образом, чтобы количество не прореагировавших мономеров было минимальным. Не прореагировавший мономер, даже если он находится внутри полимерного материала или изделия, например протеза, с течением времени мигрирует наружу и действует на организм как токсичное соединение.
Синтетические сополимеры позволяют изучать и моделировать фармакологические свойства биологических сополимеров, которые в настоящее время широко используются для лечения ряда заболевания. Например, гормон инсулин – белок, состоящий из двух полипептидных цепей, содержащих 21 и 30 аминокислотных остатков, - уже около60 лет используется для лечения сахарного диабета, фермент рибонуклеаза – для ограничения развития некоторых опухолей и лечения заболеваний бронхов и легких, фермент холинэстераза – для устранения травматического шока. Для лечения различных сердечно – сосудистых заболеваний используются трипсин (лечение тромбофлебитов), кокарбоксилаза (для расширения сосудов больных атеросклерозом). Широко применяются в медицине белки альбумин и глобулины и нуклеиновые кислоты ДНК, РНК.
Благодаря успехам химии полимеров был осуществлен синтез искусственного инсулина. Синтетический инсулин не содержит примесей, имеющихся в ощутимых количествах в обычном инсулине, который получают из биологического сырья. Поэтому эффективность синтетического инсулина намного выше эффективности биологического инсулина самой высокой степе очистки.
Некоторые синтетические сополимеры являются активными итерфероногенами, т. е. При их введении в организм человека происходит образование белка интерферона (группа низкомолекулярных белков).Интерферон подавляет размножение различных вирусов в клетках, защищает клетки от бактерий и внутриклеточных паразитов, относящихся к типу простейших. Интерферон способен отличать нуклеиновые кислоты вируса от нуклеиновые кислот клетки. По своей активности интерферон намного превосходит все известные антибиотики.
Методом сополимеризации можно получить макромолекулы различной. Это очень важное обстоятельство, так как значение молекулярной массы имеет решающее значение, например, для синтеза плазмозаменителей.
Изучение плазмозаменителей показало, что они не только действуют как заменители плазмы крови, но и проявляют физиологическую активность, способствуя быстрому связыванию и выведению из организма токсинов микроорганизмов и токсичных продуктов обмена веществ, т. е. Обладают дезинтоксикационным действием. Синтетические сополимеры широко используются для введения в организм в качестве дезинтоксикационных средств.
Большое значение для медицины имеют сополимеры, содержащие в своей цепи ионообменные группировки – ионообменные смолы. Ионообменные смолы широко применяются для восстановления кислотно-щелочного баланса организма . В настоящее время есть данные о положительных результатах использования ионообменных смол для лечения сердечно – сосудистых и желудочно – кишечных заболеваний, печеночной и почечной недостаточности, сахарного диабета.
Литература:
Химия и медицина. К. А. Макаров