Медицина та полімери
Виконав: Вискварко Денис
Учень 11 «В» класу
Санкт - Петербург 2001
Розвиток методів синтезу та модифікації медичних полімерів та кополімерів, взаємопроникнення ідей та методів хімії, біології та медицини дозволяють перейти до вирішення найважливіших завдань теоретичної та практичної медицини, здійснення найбільш сміливих ідей людства.
В даний час широким фронтом ведуться роботи із синтезу фізіологічно активних полімерних лікарських речовин, напівсинтетичних гормонів та ферментів, синтетичних генів. Великих успіхів досягнуто у створенні кополімерних замінників плазми людської крові. Нині вже не рідкість, коли людині у разі потреби заповнюють до 30% крові розчинами медичних кополімерів. Синтезовані та з хорошими результатами застосовуються у клінічній практиці еквіваленти різних тканин та органів людини: кісток, суглобів, зубів. Створено протези кровоносних судин, штучні клапани та шлуночки серця. Синтез напівпроникних полімерних мембран та вміле використання різноманітних властивостей кополімерних матеріалів призвели до створення апаратів «штучне серце-легке» та «штучна нирка». Вони дозволяють тимчасово замінити відповідні органи людини, зокрема проводити складні хірургічні операції на серці та легені.
Медичні полімери та кополімери використовуються для культивування клітин і тканин, зберігання та консервації крові, кровотворної тканини – кісткового мозку, консервації шкіри та багатьох інших органів. У терапії широко використовуються кополімери - іонообмінники (іонообмінні смоли) для видалення з організму лужних металів, радіоактивних елементів, для введення в організм додаткових кількостей необхідних іонів металів. Вивчається можливістьзастосування іонообмінників для корекції електролітної та кислотно-лужної рівноваги біологічних середовищ при серцевій, печінковій та нирковій недостатності. На основі синтетичних кополімерів створюються противірусні речовини, пролонгатори найважливіших лікарських засобів, протиракові препаратори.
Використання медичних полімерів для виготовлення хірургічних інструментів та обладнання (шприци та системи для переливання крові разового використання, бактерицидні плівки, нитки, клітини) докорінно змінило та вдосконалило техніку медичного обслуговування.
Синтез медичних полімерів може здійснюватися за двома механізмами, що лежать в основі отримання синтетичних макромолекул: півконденсації та полімеризації.
Синтез полімерів методом поліконденсації
Синтез поліефірних смол. Поліефірні смоли виходять внаслідок реакції поліконденсації дикарбонових кислот та багатоатомних спиртів. Широке застосування у різних галузях техніки та медицини знайшов поліетилентерефталат. Ці волокна є основою виготовлення протезів кровоносних судин. Сучасні протези кровоносних судин отримую на текстильних виробництвах як гофрованих трубок різного діаметра. Найважливішою характеристикою протезів кровоносних судин є пористість (порізність) бічної стінки судини. Наявність невеликих отворів у цій стінці дозволяє природним тканинам кровоносних судин проростати в них, забезпечуючи тим самим вживлення та функціонування протезу. Біологічна пористість оцінюється кількістю крові, що проходить через одиницю бічної поверхні протеза за хвилину. Протези з поліефірних волокон вже понад 20 років з успіхом використовуються для заміни уражених ділянок судинної системи.
Синтез силіконових каучуків (полісилоксанів).Синтез полісилоксанів здійснюється в результаті послідовних реакцій поліконденсації низькомолекулярних кремнійорганічних багатоатомних спиртів.
В даний час синтезують нові, більш досконалі марки полісилоксанів. Серед них необхідно відзначити трифторпропіленметилполісілоксан. Цей полімер має максимальну сумісність з кров'ю і меншою мірою, ніж інші полімери, викликає утворення тромбів. Полісилоксани та силіконові гуми на їх основі широко використовуються для створення медичних виробів, що контактують з кров'ю: елементів штучних клапанів серця, мембрани штучних клапанів серця, частин апаратів штучного кровообігу та штучної нирки.
Рідкі кремнійорганічні полімери – силіконові олії – мають ще одну надзвичайно перспективну для використання в медицині властивість. Силіконові масла, як і деякі фторсодержащие олігомери і полімери, здатні розчиняти і утримувати до 20% кисню. Ця властивість лягла в основу їх використання як нові перспективні плазмозамінники та «дихальні рідини». Можливо, у майбутньому плазмозамінників можна буде використовувати в апаратах штучного кровообігу.
Все більше застосування як медичних полімерів знаходять поліефіруретани. Вони мають задовільну тромборезистентність і застосовуються для виготовлення різних медичних виробів, що контактують з кров'ю протягом невеликого часу.
Основним недоліком синтезу медичних полімерів методами поліконденсації є утворення побічних продуктів та неможливість повного перетворення вихідних низькомолекулярних сполук у високомолекулярні. Слід зазначити, що цевихідні низькомолекулярні сполуки є токсичними речовинами, тому отримання медичних марок полімерів потребує спеціальних умов проведення процесів та додаткового очищення кінцевих продуктів.
Синтез полімерів методом полімеризації.
На відміну від поліконденсації при полімеризації виходять макромолекулярні сполуки з низькомолекулярних без утворення побічних продуктів і практично при повному перетворенні мономерів полімери. Удосконалення процесів полімеризації дає можливість відокремлювати мономери, що не прореагували, на стадії отримання полімерів і таким чином домагатися високої чистоти синтезованих продуктів.
Синтез медичних кополімерів необхідно проводити таким чином, щоб кількість мономерів, що не прореагували, була мінімальною. Не прореагував мономер, навіть якщо він знаходиться всередині полімерного матеріалу або виробу, наприклад протеза, з часом мігрує назовні і діє на організм як токсична сполука.
Синтетичні кополімери дозволяють вивчати та моделювати фармакологічні властивості біологічних кополімерів, які в даний час широко використовуються для лікування ряду захворювання. Наприклад, гормон інсулін – білок, що складається з двох поліпептидних ланцюгів, що містять 21 та 30 амінокислотних залишків, – вже близько 60 років використовується для лікування цукрового діабету, фермент рибонуклеазу – для обмеження розвитку деяких пухлин та лікування захворювань бронхів та легень, фермент холінестеразу – для усунення травматичного шоку. Для лікування різних серцево-судинних захворювань використовуються трипсин (лікування тромбофлебітів), кокарбоксилаза (для розширення судин хворих на атеросклероз). Широко застосовуються в медицині білки альбумін та глобуліни тануклеїнові кислоти ДНК, РНК.
Завдяки успіхам хімії полімерів було здійснено синтез штучного інсуліну. Синтетичний інсулін не містить домішок, наявних у відчутних кількостях у звичайному інсуліні, який одержують із біологічної сировини. Тому ефективність синтетичного інсуліну набагато вища за ефективність біологічного інсуліну найвищому степу очищення.
Деякі синтетичні кополімери є активними ітерфероногенами, тобто при їх введенні в організм людини відбувається утворення білка інтерферону (група низькомолекулярних білків). . Інтерферон здатний відрізняти нуклеїнові кислоти вірусу від клітин нуклеїнових кислот. За своєю активністю інтерферон набагато перевершує всі відомі антибіотики.
Методом кополімеризації можна отримати макромолекули різної. Це дуже важлива обставина, оскільки значення молекулярної маси має вирішальне значення, наприклад, для синтезу плазмозамінників.
Вивчення плазмозамінників показало, що вони не тільки діють як замінники плазми крові, але і проявляють фізіологічну активність, сприяючи швидкому зв'язуванню та виведенню з організму токсинів мікроорганізмів і токсичних продуктів обміну речовин, тобто мають дезінтоксикаційну дію. Синтетичні кополімери широко використовуються для введення в організм як дезінтоксикаційні засоби.
Велике значення для медицини мають кополімери, що містять у своєму ланцюзі іонообмінні угруповання - іонообмінні смоли. Іонообмінні смоли широко застосовуються для відновлення кислотно-лужного балансу організму. В даний час єдані про позитивні результати використання іонообмінних смол для лікування серцево-судинних та шлунково-кишкових захворювань, печінкової та ниркової недостатності, цукрового діабету.