Полимерные материалы в кардиохирургии. Полимерные клапаны сердца
Полимерные материалы широко применяются в различных конструкциях аппаратов вспомогательного кровообращения. Из методов вспомогательного кровообращения наиболее широкое применение нашли внутриаортальный насос-баллончик, веноартериальная перфузия, механический кардномассажер (ассистор сердца) и искусственный желудочек сердца. Применение методов вспомогательного кровообращения нередко сопровождается тромбозом и тромбоэмболией. Одной из причин тромбоза является то, что в этих конструкциях используются большие по площади контакта с кровью полимерные поверхности. Из полимерных материалов, которые применяются для изготовления внутриаорталькых насосов-баллончиков, следует назвать полиэтилен, кремнийорганический каучук, полиуретан, авкотан (кремиийорганический каучук+полиуретан), биомер и др.
Важное значение при выборе полимерного материала приобретают высокие прочностные характеристики и эластические свойства его, а также степень тромборезистснтности.
Широкое применение в клинической практике искусственных желудочков сердца пока ограничено из-за ряда осложнений, возникающих при вспомогательной перфузии. Наиболее частым осложнением является тромбоз кровяной камеры с возможной тромбоэмболией в жизненно важные органы. В генезе тромбоза при применении искусственного желудочка сердца участвуют такие факторы, как большая по площади контакта с кровью полимерная поверхность, се геометрия, турбулентность потока крови, различные сдвиги скоростей н давлении, поирежденнс форменных элементов крови. Одним из наиболее перспективных методов предупреждения тромбоза на поверхностях искусственного желудочка сердца является применение в его конструкции тромборезистентных полимерных материалов.
В настоящее время в конструкциях искусственных желудочков сердца используются кремнийорганический каучук, полиуретан, стеклоуглероды, полиметилметакрилат, фторопласт, велюровые ткани и др. Сравнительный анализ изменений гемокоагуляцип при работе искусственных желудочков сердца, выполненных из различных полимерных материалов, показывает, что наименьшая гиперкоагуляция крови, тромбоцнтопення и травма форменных элементов крови наблюдаются при работе искусственных желудочков сердца, изготовленных на основе фторенликонового каучука. Работа такого искусственного желудочка сердца не сопровождается тромбообразоваиием в течение 6— 8 ч от начала имплантации без предварительного введения гепарина.
Работа искусственных желудочков сердца, выполненных из других полимерных материалов, характеризуется более ранними сроками начала тромбообразования в кровяной камере и на мембране.
В конструкции искусственного сердца в настоящее время используются различные полимеры. Однако наиболее широкое применение нашли полиметилметакрилат, поликарбонат, кремннйоргапическнй каучук, полиуретан, дакрон, натуральный латекс. Некоторые авторы предлагают для покрытия внутренних поверхностей искусственного сердца, контактирующих с кровью, использовать клеточные ассоцнаты, выращенные методом культуры тканей. Это позволяет создать естественную поверхность, состоящую из мезенхимных и эндотелнальных клеток и, следовательно, значительно уменьшить потенцию к тромбообразованию. Однако наибольшее значение в профилактике тромбоза в полостях искусственного сердца и его соединительных магистралях имеет тромборезистентность полимерных материалов, контактирующих с кровью.
Об этом свидетельствуют многочисленные данные, полученные при изучении гемокоагуляцип и тромбообразования при имплантации искусственного сердца, выполненного из разных полимерных материалов. Наибольший процент тромбообразования в полостях искусственного сердца и соединительных магистралях отмечался при применении в их конструкциях дакроиового велюра, полиметилметакрилата и латекса, а наименьший — при использовании кремнийорганических каучуков н полиуретана. Как осложнение длительной работы имплантированного искусственного сердца возможна тромбоэмболия внутриорганных кровеносных сосудов брюшной полости.
Полимерные материалы широко применяются для изготовлении искусственных клапанов сердца. Существующие модели искусственных клапанов сердца (шариковые, дисковые и лепестковые) изготавливаются из кремнийорганического каучука, пиролитнческого углерода и лавсана. Важным требованием, предъявляемым к искусственным клапанам сердца, выполненным из полимерных материалов, является их механическая чистота. Установлено, что механическая чистота поверхности искусственных клапанов сердца должна быть не ниже 9—10-го класса. Наличие механически чистой поверхности существенно снижает возможность тромбообразованим.
Одним из направлений в создании полимерных материалов с оптимальными тромборезистентными свойствами является адсорбция на их поверхности антнкоагулянтов и тромболитическнх веществ. Это осуществляется путем механического введения тромболитических веществ в полимерную матрицу или нх химической модификацией. Многочисленные экспериментальные и клинические данные показали, что применение гепарина в качестве тромборезистентного покрытия имплантируемых полимерных материалов обеспечивает лишь кратковременный тромборезистентный эффект. Лучшие результаты получены при применении в качестве тромборезнстентного покрытия дезагрегаторов тромбоцитов (ацетилсалициловая кислота, декстраны с низкой относительной молекулярной массой). Имеются немногочисленные данные о тромборезистентном эффекте тромболнтнческнх веществ (стрептокниаза, фибринолизин) и некоторых протеинов крови, адсорбированных на полимерной поверхности (альбумин).
Надо отметить, что тромболитпческаи терапия при имплантации различных устройств из полимерных материалов дает положительные результаты лишь на ранних стадиях тромбообразования. Ее применение с целью профилактики тромбоза и его терапии в раннем послеоперационном периоде осложняется возможностью геморрагии, поэтому для профилактики тромбоза на имплантируемых полимерных материалах более рациональным остается применение полимеров, обладающих тромборезистентными свойствами.
В последние годы полимерные материалы находят применение и при создании таких сложных устройств, как искусственная поджелудочная железа, искусственная печень, искусственные легкие, искусственные почки и др. Это значительно повышает требования к механическим, физико-химическим и биологическим свойствам полимерных материалов. Имплантация полимерных материалов в организм на длительный срок создаст еще одну новую проблему — проблему полимерного канцерогенеза. В связи с этим одним из важных направлений современной медицины и химии остаются поиск и синтез полимеров медицинского назначения, изучение и оценка их тромборезнстентных и других биологических свойств и возможность нх адекватного применения для восстановления функции естественного органа, пораженного необратимым патологическим процессом.
Полимеры используются также для приготовления тканевых клеев и для получения шовного материала, применяемого в хирургии (лавсан, политетрафторэтилен). В зависимости от области применения шовный материал получают на текстильных машинах или методом экструзии (плетеная или вязаная нить, мононить).
