УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и биоорганической химии
Реферат
Применение ВМС в медицинской практике
Мусаков Даниил Сергеевич
Гомель - 2021
Введение
Среди многочисленных веществ, встречающихся в природе, резко выделяется группа соединений, отличающихся от других особыми физическими свойствами, высокой вязкостью растворов, способностью образовывать волокна, пленки и т.д. К этим веществам относятся целлюлоза, лигпин, пентозаны, крахмал, белки и нуклеиновые кислоты, широко распространенные в растительном и животном мире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.
Высокомолекулярные соединения получили свое название вследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярных веществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает нескольких сотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весом более 5000.
Молекулы ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС - химией макромолекул и макромолекулярной химией.
В результате многочисленных соединений, осуществленных огромной армией химиков, физиков и технологов, было установлено не только строение некоторых природных ВМС, но и найдены пути синтеза их заменителей из доступных видов сырья. Возникли новые виды промышленности, началось производство синтетического каучука, искусственных синтетических волокон, пластических масс, лаков и красок, заменителей кожи и т.д. На первых парах синтетические материалы носили характер заменителей природных материалов. В настоящее время в результате успехов в химии и физике ВМС и усовершенствования технологий их производства, благодаря принципиальной возможности сочетать в одном веществе любые желаемые свойства, синтетические ВМС постепенно проникают во все области промышленности, где они становятся совершенно незаменимыми конструкционными и антикоррозийными материалами.
1. Применение ВМС в качестве вспомогательных средств в фармацевтической практике
Мазевые основы
Полиэтиленоксиды (ПЭО) получают полимеризацией этилена оксида или поликонденсацией этиленгликоля.
Среди водорастворимых основ ПЭО применяются наиболее широко и входят в фармакопеи большинства стран мира. Это объясняется следующими преимуществами ПЭО:
Обладают хорошей растворимостью в воде, сохраняющейся у полимергомологов с молекулярной массой даже до 1000.В связи с этим мази, приготовленные из них, легко смываются водой, что особенно важно при поражении кожи, покрытой волосами, и для лечения ран без нарушения гранулята;
Способны растворять гидрофильные и гидрофобные лекарственные препараты;
Способны растворяться в спирте, не диссоциировать в водном растворе и не изменяться в присутствии электролитов;
Хорошо смешиваются с парафинами и глицеридами с образованием стабильных псевдоэмульсий;
Способны хорошо наноситься на кожу и равномерно распределяться на ней, не препятствуя газообмену и не нарушая деятельности желез; сохраняют однородность после смешивания с секретами кожи или слизистой оболочки;
Обладают слабым бактерицидным действием за счет наличия в молекуле первичных гидроксильных групп. Поэтому ПЭО не подвергаются действию микроорганизмов и могут сохраняться достаточно длительное время при любых температурных условиях;
Осмотически активны, что особенно важно при обработке загрязненных ран.
В качестве основ для мазей используют как сплавы твердых и жидких ПЭО (марок 400, 1500, 4000), так и композиции ПЭО различной молекулярной массы с глицерином и другими вспомогательными веществами.
Гель поливинилпирролидона (ПВП) представляет собой бесцветный, прозрачный, аморфный, гигроскопичный порошок, хорошо растворимый в воде, глицерине, ПЭО, хлороформе.
Он может смешиваться с ланолином, эфирами, амидами, маслами, производными целлюлозы, силиконами. С витаминами, антибиотиками, дубильными веществами и красителями образует растворимые соединения.
Растворы ПВП различной концентрации (от 3 до 20 %) в качестве основ входят в состав различных мазей (например, мазь для лечения ринофарингита состоит из следующих компонентов: 1,0 кислоты аскорбиновой; 0,1 метиленового синего; 0,01 ментола; 0,01 масла эвкалиптового; 0,2 мл раствора фенилмеркуробората 2%-ного; 20,0 ПВП; до 100,0 воды очищенной. Кроме того, ПВП широко используются в косметике.
Гель поливинилового спирта (ПВС) -- это порошок или мелкие частицы белого или слегка желтого цвета, нерастворимые в этиловом спирте, при нагревании растворимые в воде и глицерине. Для приготовления геля порошок ПВС заливают холодной водой и оставляют на 24 ч для набухания, затем нагревают до 80--90 °С, постоянно перемешивая до полного растворения.
Гель характеризуется высокой вязкостью. Обычно для изготовления мазей (ксероформной, левомицетиновой, камфорной, анестезиновой и др.) применяют 15%-ный раствор ПВС. Основа, состоящая из 9,0 ПВС; 11,0 ПВП; 9,0 глицерина; 10,0 спирта этилового; 2,0 спирта бензилового; 3,0 пропиленгликоля; 0,02 динатриевой соли ЭДТА; до 100,0 воды очищенной, используется преимущественно для изготовления мазей, образующих на коже легкосмывающуюся пленку.
Полимеры и сополимеры акриловой (ПАК) и метакриловой (ПМАК) кислот получают методом радикальной или радиационной полимеризации в виде водных растворов концентрации 20--40 %. Эти кислоты представляют собой твердые вещества белого цвета аморфной структуры, молекулярная масса которых от 10 до 100. В воде образуют вязкие растворы с рН-3,0, обладают полиэлектролитными свойствами, способны обмениваться ионами, устойчивы при широком значении концентрации водородных ионов. ПАК и ПМАК образуют соединения с аминами, несовместимы с солями тяжелых металлов и азотистых оснований. Обладают интерфероногенной активностью, могут быть использованы как основа в глазных мазях. Торговые названия этих основ -- карбопол, карбомер, эудражит, САКАП, ареспол (российского производства).
Карбопол является сополимером акриловой кислоты и полифункциональных сшивающих агентов. Внешне это мелкодисперсный белый порошок, который в воде образует вязкие дисперсии с низким рН = 7,3--7,8. Используется в лекарственных формах пролонгированного действия (пролонгированных глазных каплях, суспензиях, мазях, суппозиторных основах), так как нетоксичен, не раздражает кожу, в кишечнике образует гидрогель. Мази на основах ПАК и ПМАК при нанесении на кожу образуют тонкие, гладкие пленки, более полно и равномерно высвобождают лекарственные вещества, обеспечивая продолжительный эффект, поглощают кожные выделения, хорошо распределяются по слизистым оболочкам и кожной поверхности, оказывают охлаждающее действие, нетоксичны, не обладают раздражающим действием, хорошо удаляются водой, не загрязняют одежду.
Стабилизаторы.
Для этих целей используются некоторые синтетические и полусинтетические высокомолекулярные соединения (твины, спены, эмульгаторы Т-1, Т-2 и др.).
Механизм стабилизирующего действия ВМС заключается в том, что они адсорбируются на поверхности твердых частиц лекарственного вещества и, вследствие наличия диполей (положительного и отрицательного заряда) в молекуле ВМС.
В качестве стабилизаторов в фармацевтической практике наиболее часто используют камеди (аравийскую, абрикосовую, трагакант); слизи (пектин, кислоту альгиновую, натрия альгинат, крахмал, желатин и желатозу), производные целлюлозы (метилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу), неорганические соединения (бентонит, аэросил). Кроме того, для повышения устойчивости суспензий часто применяют комбинированные стабилизаторы, обладающие высокой поверхностной активностью и вязкостью. Так, для стабилизации 3%-ной суспензии норсульфазола используют 3%-ный гель натриевой формы бентонита, модифицированный МЦ (5 %).
Пролонгаторы.
Недостатком глазных капель является короткий период терапевтического действия. Это обусловливает необходимость их частой инстилляции, а также представляет опасность для глаза. Например, максимум гипотензивного эффекта водного раствора пилокарпина гидрохлорида у больных глаукомой наблюдается только в течение 2 часов, поэтому приходится производить до 6 раз в сутки инстилляцию глазных капель. Частые инстилляции водного раствора смывают слезную жидкость, содержащую лизоцим, и тем самым создают условия для возникновения инфекции.
Сократить частоту инстилляций глазных капель и одновременно увеличить время контакта с тканями глаза можно путем пролонгирования является включение в состав глазных капель вязких растворителей, которые замедляют быстрое вымывание лекарственных веществ из конъюнктивального мешка. В качестве таких веществ раньше использовали масла (подсолнечное рафинированное, персиковое или абрикосовое).
Однако более эффективными пролонгаторами для глазных капель оказались синтетические гидрофильные ВМС, такие, как МЦ (0,5% - 2%), Nа - соль КМЦ (0,5 - 2%) поливинол (1,5%), микробный ПС аубазидан (0,1 - 0,3%), полиглюкин и др. Эти вещества не раздражают слизистую оболочку глаза, а также совместимы со многими лекарственными веществами и консервантами.
Усиление и пролонгирование действие объясняется увеличением продолжительности нахождения веществ в конъктивальном мешке, медленным, но полным всасыванием их через роговицу. Например, количество инстилляций 2% растворов пилокарпина гидрохлорида, приготовленных с 2% Nа КМЦ у больных было сокращено до 3 раз в сутки вместо 6 инстилляций водного раствора без добавления пролонгаторов.
2. Применение ВМС в медицинской практике
Началом применения полимерных материалов в медицине следует считать 1788 год, когда во время операции А. 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. Ревзина, Г. Петрова, И. Езриелева 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. Федоровым из полиметилметакрилата впервые сделана заплата для закрытия дефекта черепа. В настоящее время этот материал широко применяется у нас в стране и за рубежом. Из него изготовляют 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.
В настоящее время из полимеров изготавливается более трех тысяч различных видов медицинских изделий. Вполне понятно, что дальнейшие успехи в этой области зависят от кооперирования и творческого содружества между химиками и медиками. Химическая промышленность выпускает различные полимеры с точным соблюдением тех требований, которые к ним предъявляют. Однако специальных полимеров для применения в медицине выпускается пока еще мало. Первостепенной задачей является разработка технических условий на «медицински чистые» полимеры, которые не оказывали бы вредного действия на организм человека.
С накоплением опыта применения синтетических материалов появился обоснованный скептицизм. Более того, сложные проблемы восстановительной хирургии не решались окончательно.
Инертные полимеры в живом организме оставались, к большому сожалению, инородным телом, они меняли свои физические свойства, поддерживали хроническую воспалительную реакцию; длительность функционирования протезов из полимеров приносила вред живому организму, в научной медицинской литературе появились сведения о канцерогенной опасности полимеров. Поэтому стали уделять больше внимания рассасывающимся материалам, которые в процессе регенерации постепенно замещались собственными тканями живого организма.
Весьма перспективен в этом отношении природный коллаген гидробионтов и наземных животных, сочетающий только положительные качества синтетических полимеров и тканевых трансплантатов.
Рис. 1. Коллаген
поливинилпирролидон химический этиленгликоль
Явным достоинством коллагена и полученных на его основе коллагеновых материалов для медицины является отсутствие токсических и канцерогенных свойств, слабая антигенность, высокая механическая прочность и устойчивость к тканевым ферментам, регулируемая скорость лизиса в организме, способность образовывать комплексы с биологически активными веществами, стимуляция регенерации собственных тканей организма.
Появление продуктов растворения коллагена (ПРК) расширило возможности широкого применения коллагена в различных областях медицины.
Из ПРК можно получить коллагеновые пленки, губки, нити, трубки и др. Коллагеновыми материалами лечат раны, ожоги, трофические язвы, пульпиты, их используют для пластики сосудов, клапанов, трахеи, закрытия дефектов кожи ожоговой или травматической этиологии, дефектов кости, твердой мозговой оболочки, роговицы, барабанной перепонки, печени и селезенки, а также в качестве шовного рассасывающегося материала и гемостатических средств и тампонов для заполнения костных полостей и т.д.