Скачать бесплатно реферат:
«Полимерные пленчатые имплантаты, их применение в хирургической практике»


Оглавление

Актуальность
Цель исследования
Задачи
Обзор литературы
Материалы и методы
Результаты
Заключение
Список использованной литературы


Актуальность

Спаечная болезнь продолжает занимать одно из ведущих мест в структуре осложнений абдоминальной хирургии. Значимость её растёт в связи с постоянным ростом числа и объёма операций на органах брюшной полости[12].
Спаечная болезнь - это явление образования послеоперационных спаек с выраженным симптомокомплексом нарушения функционирования органов желудочно-кишечного тракта. В зарубежной литературе чаще пользуются термином «расстройства, связанные со спайками» (adhesion-related disorders)[18, 21].
Послеоперационная спаечная болезнь органов брюшной полости развивается в 14% после первой и в 96% после третьей лапаротомии. По результатам работы исследовательской группы SCAR (Surgery and Clinical Adhesions Research), у 30 % пациентов, перенесших операции на органах брюшной полости и малого таза, в течение 10 лет возникают клинические проявления спаек. Из них в течение первого года госпитализируется 20 % пациентов, среди которых 4,5 % по поводу тонкокишечной непроходимости[23, 24]. В клинических и патологоанатомических исследованиях пациентов, перенесших лапаротомии, частота внутрибрюшных спаек была 70 - 90 % [11]. В проведенных экспериментальных исследованиях доказано, что риск образования спаек возрастает при увеличении продолжительности операции и повышении внутрибрюшного давления[19, 20].
Несмотря на большое количество исследований, этиология и патогенез формирования спаек недостаточно изучены, а также не существует надёжных средств и методов профилактики спаечной болезни органов брюшной полости и ее лечения[12].
Возможным вариантом профилактики образования спаек является применение материалов с медленными темпами деградации. Данные материалы обеспечивают изоляцию оперированного участка от окружающих тканей, тем самым предотвращают образование спаек в брюшной полости.
Достаточно перспективными материалами с медленными темпами биодеградации являются полимерные пленчатые имплантаты (ППИ), разработкой которых занимается ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург) совместно с кафедрой Оперативной хирургии и топографической анатомии им. профессора А. Д. Мясникова. Однако перед применением ППИ «in vivo» нужно провести доклинические испытания «in vitro» и изучить их морфологические и манипуляционные свойства.

Цель исследования

В условиях эксперимента «in vitro» в сравнительном аспекте изучить морфологические и манипуляционные свойства новых образцов полимерных пленчатых имплантатов для использования их при операциях на органах брюшной полости.

Задачи

. Изучить морфологические характеристики разных образцов полимерных пленчатых имплантатов.
. Изучить манипуляционные характеристики разных образцов полимерных пленчатых имплантатов.
. По результатам сравнительного анализа выбрать наиболее подходящие образцы полимерных пленчатых имплантатов для дальнейшего исследования «in vivo».

Обзор литературы

Полимеры. Определение. Значение
Полимер - это вещество, состоящее из множества молекул большой молекулярной массы одинаковой химической природы. Каждая молекула полимера построена из многократно повторяющихся атомов или групп атомов (называемых составными звеньями), соединенных между собой химическими связями. Количество составных звеньев в молекулах полимеров настолько велико, что формируется в целом комплекс свойств, который практически не изменяется при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев[6]. Для синтетических полимеров, как правило, N ~ 102 -104 , для ДНК N ~ 109 -1010[16, 22].
В настоящее время существует ряд разнообразных классификаций полимеров, в основу которых заложены различные признаки: происхождение, химическая природа, отношение к нагреванию, полярность, стереохимическая структура, направление использования и т. д. По происхождению все полимеры делятся на природные (целлюлоза, крахмал, белки, натуральный каучук, графит, алмаз и др.), искусственные (ацетаты целлюлозы, нитраты целлюлозы, ксантогенаты целлюлозы и др.) и синтетические (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, поливинилацетат и др.), по отношению к нагреванию полимеры подразделяют на термопласты (термопластичные) и реактопласты (термореактивные), по полярности полимеры делятся на неполярные, полярные (обладают высокими адгезионными свойствами) и полупроводники, по химической природе полимеры делятся на органические (содержат в главной цепи макромолекул атомы углерода, кислорода, азота и серы), неорганические (макромолекулы имеют неорганические главные цепи и не содержат органических боковых заместителей) и элементоорганические[6, 22].
Синтетические полимеры получают 3 способами:
) полимеризация;
) поликонденсация;
) химические превращения.
Характерной особенностью полимеров является тепловое, световое, озоновое и атмосферное старение. Процесс самопроизвольного изменения приводит к саморазмягчению и наоборот[8]. Сейчас синтетические полимеры, выпускаемые в мире, примерно на 75% состоят из продуктов полимеризации. Применяются они в строительстве и радиоэлектронике, машиностроении и производстве бытовых изделий[3].
История применения полимерных материалов в медицине
Началом применения полимерных материалов в медицине следует считать 1788 год, когда во время операции А. М. Шумлянский прибег к каучуку. Затем в 1895 году был использован целлулоид для закрытия костных дефектов после операций на черепе. В 1939 году совместные усилия стоматологов и химиков (И. И. Ревзин, Г. С. Петров, И. М. Езриелев и др.) привели к созданию полимера АКР-7 для изготовления челюстных и зубных протезов. Вскоре появился ряд пластмасс из акриловых смол, оказавшихся пригодными для глазных протезов и восстановительных операций в челюстно-лицевой хирургии. В 1943 году С. Д. Федоровым впервые сделана заплата из полиметилметакрилата для закрытия дефекта черепа. В настоящее время этот материал широко применяется у нас в стране и за рубежом. Из него получают трубки для дренирования слезного мешка, гайморовой полости, протезы кровеносных сосудов, клапанов сердца, пищевода, желудка, мочевого пузыря, желчных протоков, уретры, хрусталика глаза, штифты и пластинки для фиксации костей при переломах, полимерные сетчатые "каркасы" для соединения кишок, сухожилий, трахеи [10].
В 1952 году советский хирург М. В. Шеляховский при операциях по поводу грыж передней брюшной стенки применил перфорированные пластинки из фторопласта-4[10].
С конца 80-х годов прошлого столетия за рубежом, а потом и в России широкое распространение получили методы пластики с использованием синтетических полимерных материалов. Синтетические эндопротезы существенно различаются по исходному полимеру (полипропилен, полиэфир, политетрафторэтилен, полигликолевая кислота, полиглактин и др.), структуре (сетчатые, нетканые, пленочно-пористые, комбинированные), характеру нитей (монофиламентные и поли-филаментные, рассасывающиеся, нерассасывающиеся и их сочетания), материалоемкости, толщине, текстуре поверхности, размерам пор, форме ячеек и другим свойствам.
Одними из первых эндопротезов, нашедших широкое применение за рубежом и в нашей стране, были сетки из полиэфирных (обычно из полиэтилентерефталатных) полифиламентных крученых нитей: "Mersilene" - фирмы Ethicon (USA), "Dacron" - Meadox Medical Corp. (USA), "Biomesh" - Cousin Biotech (France), "Эслан" - Линтекс (Россия)[13].
Применение полимеров в медицине
Широкое применение в медицине полимерных материалов определяется их высокими потребительными свойствами, более низкой стоимостью по сравнению с изделиями из металлов и их сплавов и способностью легко перерабатываться в случае использования их в качестве изделий одноразового пользования[5].
Перспективы использования полимеров в медицинской практике неограниченны. Из устойчивых к воздействию высокой температуры полимеров производят шприцы разового применения, системы для переливания крови, аппараты искусственного кровообращения и искусственной почки, шпатели, аппликаторы.
В настоящее время из полимеров изготавливается более трех тысяч различных видов медицинских изделий.
К полимерам, применяемым в медицине, предъявляются жесткие требования. Очевидным требованием ко всем биоматериалам является сочетание их целевых физико-химических и физико-механических характеристик с биосовместимостью. Биосовместимость может включать в себя самые различные, иногда противоречащие друг другу требования, в зависимости от конкретного применения полимера. Так, в случае искусственных сосудов, дренажей, искусственных хрусталиков глаза, биосенсоров или катетеров необходимо минимизировать взаимодействие полимера с биологической средой для надежного функционирования соответствующего изделия после имплантации. Наоборот, в случае большинства ортопедических применений для успешного функционирования требуется активное взаимодействие и срастание имплантата с тканью[4]. Еще одно очень важное требование - длительное сохранение полимером основных физико-механических свойств при постоянном воздействии ферментативной системы живого организма. Наиболее успешно применяются в хирургии полимеры, изготовленные на основе акриловой и метакриловой кислот, хорошо зарекомендовавшие себя в травматологии и ортопедии и используемые для замещения тазобедренного сустава и дефектов костей черепа[10].
Наиболее часто применяющиеся в медицине полимеры - силиконы. Их положительными свойствами являются химическая и физиологическая инертность, термостабильность - до 180 С°. Силиконы необходимы при косметических операциях на лице, молочных железах, для изготовления катетеров, клапанов сердца, пленок для защиты поверхности кожи при ожогах[10].
Перспективным полимером, объединяющим высокие механические свойства и разрешенным к применению в медицине, является сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). СВМПЭ представляет собой линейный полукристаллический полимер с повторением элементарных звеньев [C2H4]n, где n > 36000 обозначает степень полимеризации, с молекулярной массой более 106 г/моль. Он обладает большой прочностью, гибок и эластичен, не поддается органическим растворителям, щелочам и слабым кислотам. В нем отсутствуют токсичные вещества. Обычно используются две полиэтиленовые пленки, между которыми проложена сетка из синтетических волокон, например лавсана[17].
На основе полимеров создан шовный материал, успешно конкурирующий с традиционными кетгутом и шелком. В настоящее время успешно ведутся работы по созданию окрашенных синтетических шовных материалов, лигатур, обеспечивающих более надежное завязывание узлов, а также заменителей кетгута с различными сроками рассасывания их в организме.
Важными достижениями последнего времени являются синтез пленкообразующих составов и конструирование распылителей для нанесения их на раны и ожоговые поверхности, а также создание медицинских клеев для тканей, сосудов, бронхов, кишечников и паренхиматозных органов[10].
Такие полимеры, как полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды, силикон, полипропилен, используются для создания неприлипающих повязок. Принцип их конструирования заключается в том, что поверхность целлюлозного или синтетического материала, обращенного к ране, покрывают тонкой пленкой гидрофобного полимера, а для того, чтобы перевязочное средство не потеряло сорбционную активность, пленку обычно перфорируют. Для увеличения скорости впитывания экссудата сорбентом перфорированную пленку предложено покрывать поверхностно-активными веществами. Существует группа прилипающих, но атравматичных сорбирующих покрытий на основе природных и синтетических полимеров. Повязки такого типа не нуждаются в удалении и остаются в ране до полного рассасывания[14].
Полимеры могут использоваться как плазмо- и кровезаменители, для удлинения времени действия многих лекарственных препаратов, а также в изделиях для проведения гемодиализа, гемосорбции и в других методах эфферентной терапии[15]. Помимо восстановления баланса крови при кровопотерях они обладают способностью связывать в организме токсические вещества. Отсюда, естественно, возникла идея использовать раствор полимера для пролонгирования срока действия лекарственного вещества. Исследования показали, что введение новокаина, инсулина, пенициллина, тетрациклина в раствор плазмозаменителя увеличивает продолжительность их действия и уменьшает токсичность.
В качестве пролонгаторов используются полимеры, обладающие ионообменными свойствами. Лекарственный препарат в организме постепенно "освобождается" от полимерной ионообменной смолы и оказывает терапевтическое действие. Этот механизм "освобождения" в основном сводится к тому, что соляная кислота желудочного сока разрушает соединения лекарственного вещества с ионообменной смолой, к которой добавляют антибиотики и сульфаниламиды[10].
Морфометрия медико-биологических объектов
Медико-биологические объекты и явления характеризуются большой сложностью и многофакторностью, что обусловливает высокие требования к надежности, точности и достоверности выводов каждого исследования.
Классическая нормальная и патологическая морфология человека накопила огромный фактический материал, объем которого продолжает расти на основе применения новых методов и техники исследования. Описательный характер этих исследований не во всех случаях достаточен для глубокого анализа сущности явлений, обобщений изучаемых процессов, возрастных, адаптационных и патологических изменений, так как требуется объективная оценка наблюдаемых изменений и их взаимосвязей. В связи с этим традиционные методы регистрации морфологических изменений, оставаясь базовыми, должны дополняться системным количественным исследованием[1].
Переход на строго научный путь доказательств связан с дополнительными исследованиями, основанными на применении принципов и методов системной морфометрии. В более широком понимании морфометрия - это учение о правилах получения числовых характеристик изменений форм любой природы. Системное медицинское морфометрическое исследование включает в себя следующие этапы:
. Описание морфологического объекта.
. Собственно морфометрическое исследование - измерение и подсчет изучаемых объектов, дающие возможность получить ряд зависимых и независимых переменных величин.
. Статистический анализ, уточняющий, какие из этих переменных наиболее существенны.
. Математическое описание, дающее возможность отобрать наиболее важные переменные, характеризующие изучаемое явление (объект).
. Математическое моделирование, объединяющее наиболее важные переменные в систему, позволяющее выявлять роль каждого изучаемого фактора.
. Оптимизация математической модели, дающая представление о наилучших взаимодействиях этих переменных, обеспечивающая устойчивость системы и достижение ею определенного состояния.
. Аксиоматизация - превращение гипотезы в доказанные закономерности и законы путем проведения проверки гипотезы на основе выполнения предшествующих этапов морфометрического исследования[1, 7].
Следует подчеркнуть также, что проведение статистического анализа и всех последующих этапов научного исследования невозможно без данных морфометрического и стереометрического анализа. От того, как созданы группы для исследования, в какой мере они представляют изучаемое явление, как проведено системное морфометрическое и стереометрическое исследование, будет зависеть объективность исходных данных, их пригодность для дальнейшей математической обработки, выявления закономерностей и законов[1, 2].
Последние десятилетия развития биологии и медицины характеризуются расширением применения принципов и методов смежных наук, широко использующих математический аппарат. В связи с этим критерием развития теоретических аспектов любой отрасли знания по праву становится степень их квантификации, т. е. интенсивность использования количественных подходов, применение математического моделирования для доказательства обнаруженных закономерностей. Математические методы не только увеличивают точность описания изучаемых явлений, но и значительно усиливают логику доказательств[1].
Возрастающее использование принципов и методов математики в естественных науках сказывается на развитии современной медицины и патологии. Успешно развивается морфометрическое направление в нормальной и патологической анатомии и гистологии человека[2].
Перспектива успешного развития морфологии и патологии будет зависеть не только от технической оснащенности и новых методов исследования, но и от перестройки психологии морфолога, от применения им рациональной методологии познания, в которой математический анализ как самый высокий уровень анализа позволит достоверно устанавливать законы, т. е. необходимые и повторяющиеся в определенных условиях взаимосвязи, лежащие в основе морфологических изменений. Эти подходы в основном связаны с синтетическим изучением качественных и количественных изменений морфологических систем в условиях нормы и патологии. В ближайшем будущем магистральным путем станет исследование сложных многокомплектных и многоуровневых морфологических систем с помощью методов медицинской морфометрии и математического анализа.
В этих аспектах проведение исследований с учетом требований медицинской морфометрии включает в себя следующие этапы:
. Подготовка и проведение количественного морфологического исследования: определение цели, конкретных задач, планирование наблюдений (экспериментов) с созданием представительных выборок, достаточных для вскрытия изучаемых явлений в плане системного подхода (среда - система - элемент), четкое определение, описание и формализация существенных морфологических признаков, подлежащих изучению.
. Проведение морфометрического (стереометрического) исследования с учетом принципа репрезентативности изучаемых признаков патологического процесса на всех уровнях морфологического анализа (антропометрия, органометрия, гистометрия, кариоцитометрия, ультраструктурометрия, микроспектрофотометрия).
. Осуществление адекватного задачам исследования морфологостатистического анализа получаемых данных.
. Математическое описание и математическое моделирование патологических процессов с учетом их информационной оценки.
. Доказательство справедливости выдвинутых гипотез и представление их в виде принципов, закономерностей, законов [1, 2, 10].
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что полимеры активно внедрились во многие сферы производства. Не обошли стороной они и медицину, где успешно применяются при самых различных манипуляциях. Начать можно с того, что из полимеров изготовлены шприцы, системы для внутривенного вливания жидкости, шовные материалы и др., и закончить тем, что полимерные материалы нашли широкое применение в пластической хирургии. И на этом их перспективы далеко не исчерпаны.

Материалы и методы

Материалы исследования
В качестве материалов для экспериментальных исследований были использованы образцы полимерных мембран с медленными темпами биодеградации, разработанные ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург): № 70 MH R, № 71 MH R, № 74 MH R, № 75 MH R, № 76 MH R, № 77 MH R, № 78 MH R, № 79 MH R, №80 МН R, которые отличались друг от друга различными технологиями изготовления (температурный режим, химические агенты и т. д.).
Методы исследования
Для достижения поставленной цели было проведено:
Микрофотографирование полимерных пленчатых имплантатов с помощью лабораторного микроскопа Levenhuk D320L (рис. 1) на увеличении x32 и x80, вид спереди.
Микрофотографирование полимерных пленчатых имплантатов с помощью лабораторного микроскопа Levenhuk D320L (рис. 1) на увеличении x32 и x80, под углом.

Рис. 1. Общий вид светового лабораторного микроскопа Levenhuk D320L и цифровой камеры Levenhuk C310

Рис. 2. Электронный микрометр iGaging 0-1"/0.00005"

Определение толщины полимерных пленчатых имплантатов с помощью электронного микрометра iGaging 0-1"/0.00005".
Измерение массы участков образцов размером 10x10 мм в нативном состоянии с помощью лабораторных механических весов.
Расчет объема и плотности участков образцов размером 10x10 мм с помощью MS Excel:
=a*b*c,

где V-объем [мм³], a-длина [мм], b-ширина [мм], c-толщина участка образца [мм];

ρ=m/V,

где ρ-плотность [мг/мм³], m- масса [мг], V-объем участка образца [мм³].
Определение эластичности путем фиксации угла в момент нарушения целостности образца полимерного пленчатого имплантата в нативном состоянии с помощью транспортира.
Определение рельефа участков образцов размером 10x10 мм в микрофотографиях, сделанных с помощью лабораторного микроскопа Levenhuk D320L на увеличении x32 и x80, под углом. Микрофотографии подвергались обработке в программе ToupView v.3.6.688 (обработка объемное изображение).

Рис. 3. Микрофография участка образца 78 МН R, обработанная в программе ToupView v.3.6.688

Далее обработанные микрофотографии перемещались в программу ImageJ 1.48g, где определялся рельеф участков образцов (чувствительность 15.0). На основе определенного рельефа высчитывалась площадь «высоких» и «низких» участков в пикселях, а затем в процентах.

Рис. 4. Скриншот рабочего окна в программе ImageJ 1.48g

Обработка результатов исследований путем построения вариационных рядов, расчета средних величин (среднего арифметического, моды, медианы), средних ошибок средних, стандартных отклонений, вариационного анализа (с использованием критерия Манна-Уитни). Статистически значимыми считали отличия средних, если показатель p≤0,05. Статистические исследования проводились в программной среде BioStat 2007.
Результаты

Микрофотографирование образцов ППИ на увеличении x32 и x80, вид спереди (рис. 5-22):

Рис. 5. Обр. № 70 МН R при ув. х32

Рис. 6. Обр. № 70 МН R при ув. Х80

Рис. 7. Обр. № 71 МН R при ув. х32

Рис. 8. Обр. № 71 МН R при ув. Х80

Рис. 9. Обр. № 74 МН R при ув. х32

Рис. 10. Обр. № 74 МН R при ув. Х80

Рис. 11. Обр. № 75 МН R при ув. х32

Рис. 12. Обр. № 75 МН R при ув. Х80

Рис. 13. Обр. № 76 МН R при ув. х32

Рис. 14. Обр. № 76 МН R при ув. Х80

Рис. 15. Обр. № 77 МН R при ув. х32

Рис. 16. Обр. № 77 МН R при ув. Х80

Рис. 17. Обр. № 78 МН R при ув. х32

Рис. 18. Обр. № 78 МН R при ув. Х80

Рис. 19. Обр. № 79 МН R при ув. х32

Рис. 20. Обр. № 79 МН R при ув. Х80

Рис. 21. Обр. № 80 МН R при ув. х32

Рис. 22. Обр. № 80 МН R при ув. Х80

Микрофотографирование образцов ППИ на увеличении x32 и x80, под углом (рис. 23-40):

Рис. 23. Обр. № 70 МН R при ув. х32

Рис. 24. Обр. № 70 МН R при ув. Х80

Рис. 25. Обр. № 71 МН R при ув. х32

Рис. 26. Обр. № 71 МН R при ув. Х80

Рис. 27. Обр. № 74 МН R при ув. х32

Рис. 28. Обр. № 74 МН R при ув. Х80

Рис. 29. Обр. № 75 МН R при ув. х32

Рис. 30. Обр. № 75 МН R при ув. Х80

Рис. 31. Обр. № 76 МН R при ув. х32

Рис. 32. Обр. № 76 МН R при ув. Х80

Рис. 33. Обр. № 77 МН R при ув. х32

Рис. 34. Обр. № 77 МН R при ув. Х80

Рис. 35. Обр. № 78 МН R при ув. х32

Рис. 36. Обр. № 78 МН R при ув. Х80

Рис. 37. Обр. № 79 МН R при ув. х32

Рис. 38. Обр. № 79 МН R при ув. Х80

Рис. 39. Обр. № 80 МН R при ув. х32

Рис. 40. Обр. № 80 МН R при ув. Х80

По результатам анализа микрофотографий образцов ППИ, сделанных с помощью лабораторного микроскопа Levenhuk D320L на увеличении x32 и x80, вид спереди и под углом, можно отметить следующее: образцы 70 МН R и 71 МН R имеют гладкую, блестящую поверхность (структурирующие агенты - хлористый водород и декстрин палевый, один из компонентов для изготовления веществ клеевого типа); образцы 74 МН R и 75 МН R имеют достаточно выраженную сморщенную поверхность (структурирующие агенты - хлористый водород и аминокапроновая кислота, представляющая собой при стандартных условиях бесцветные кристаллы, растворимые в воде, но не растворимые в большинстве органических растворителей); образцы 76 МН R и 77 МН R имеют менее выраженную, чем у образцов 74 МН R и 75 МН R, сморщенность поверхности (структурирующие агенты - хлористый водород и аминоуксусная кислота, сходная по своим физическим свойствам с аминокапроновой кислотой); образцы 78 МН R и 79 МН R имеют бугристую поверхность, что связано с наличием в их составе салициловой кислоты в виде палочкообразных гранул коричневого цвета; у образца 80 МН R отмечается гладкая, блестящая поверхность (структурирующие агенты - борная кислота и глицерин). Важно отметить, у образца 80 МН R отличная от остальных исследуемых образцов технология изготовления: концентрация раствора - 3%, масса раствора - 200 г, температура сушки - комнатная, термообработка - 130 °С. Для сравнения технология изготовления образцов 70 МН R, 71 МН R, 74 МН R, 75 МН R, 76 МН R, 77 МН R, 78 МН R, 79 МН R: концентрация раствора - 2%, масса раствора - 100 г, температура сушки - 50 °С, термообработка - 125 °С.
Изучение толщины участков исследуемых образцов размером 10x10 мм (MS Excel)