Начало >> Статьи >> Архивы >> Полимеры медицинского назначения

Искусственные почки других разновидностей и модификаций - Полимеры медицинского назначения

Оглавление
Полимеры медицинского назначения
Исследование в области полимерных материалов
Перспективный план разработки искусственных органов
О проблематике в области полимеров медицинского назначения
Искусственная кожа
Контактные линзы
Мембраны для искусственных легких
Искусственная почка
Мембраны для диализа крови
Возможности новых мембран для диализа крови
Искусственные почки других разновидностей и модификаций
Разделение и диффузия веществ, заключение
Полимеры, совместимые с живым организмом
Вредное действие полимеров на организм
Многозначность и многообразие понятия биосовместимости
Способы оценки биосовместимости
Естественный механизм свертывания крови и тромбообразования
Растворение фибрина и предотвращение свертывания крови
Способы оценки тромборезистентности
Получение антитромбогенных полимерных материалов
Гидрогели
Введение гепарина в полимерный материал
Фиксация системы растворения фибрина
Феномен поверхностей и гемосовместимость
Взаимодействие полимера с составляющими крови
Адгезия, когезия и элиминирование тромбоцитов
Заключение по полимерам, совместимым с живым организмом
Полимеры фармакологического назначения
Полимеризация лекарственных веществ
Полимеры вспомогательного фармакологического назначения
Полимерные покрытия
Использование полимеров в виде жидких субстанций, вводимых в организм
Система пролонгированного введения лекарств
Микрокапсулирование
Практические примеры микроинкапсулирования
Ликвация лекарственного вещества из микрокапсулы
Разработка медицинских полимеров и биоматериаловедение
Подход к биосовместимости полимера
Электрические явления на поверхности полимера - биосовместимость
Применение спектроскопических методов анализа - биоматериаловедение
Способ кругового дихроизма - биоматериаловедение
Микрокалориметрия - биоматериаловедение
Электрофорез - биоматериаловедение
Гистологическая и гистохимическая микроскопия
Использованиее ферментативных реакций и радиоактивных изотопов - биоматериаловедение
Заключение - биоматериаловедение

Современные искусственные почки, осветляющие кровь диализом, требуют значительного количества диализата (500 мл/мин). Понятно, что для этого необходимо располагать достаточно мощными аппаратами для подачи диализата, устройствами для обработки отходящей воды, разного рода трубопроводами, энергетическими установками и другими видами оборудования. Без уменьшения объема потребляемого диализата разработка портативной искусственной почки нереальна. Кроме того, периодический характер диализа обусловливает такое положение, когда пациент из состояния, близкого к нормальному, переходит в состояние, приближающееся к мочевому отравлению, и обратно; эти колебания прослеживаются по данным, приведенным в табл. 15. Иначе говоря, создается положение, при котором обычная жизнь крайне тягостна и затруднительна. Нет сомнений, что впоследствии будут разработаны портативные почки, функционирующие подобно естественным, однако если удастся создать методику реплантации почек, гарантирующую абсолютный успех операций, то, конечно, такой выход окажется оптимальным. Очевидно, что научно-исследовательские работы в этом направлении следует всемерно расширять и поощрять.
Установки для диализа крови, в которых диализат регенерируется, т. е. вторично поступает в циркуляционную цепь, уже получили частичное применение в клинической практике. В общем случае диализат отбирает из крови через посредство мембран отработанные вещества, акцептирует последние и вместе с ними выделяется из организма. Из рис. 6 видно, что единственной движущей силой диалитического процесса является разность между концентрациями вещества в крови и диализате. Отсюда следует, что интенсификация всего процесса принципиально мыслится только в одном направлении. Если удаление растворенного вещества, перешедшего в диализат, возможно, то, очевидно, возможно и повторное использование диализата в цикле. По всем предпосылкам, разработка способов такого удаления теснейшим образом связана с созданием новой искусственной почки, механизм действия которой основан не на диализе, а на принципиально иных процессах.
Пленки живого организма обладают способностью абсорбировать необходимые для жизнедеятельности вещества и выделять ненужные. Искусственными способами может быть осуществлена только вторая из этих функций — сорбирование и удаление отработанных веществ. Конечной целью искусственной почки адсорбционного типа является поглощение и выделение из организма вредных веществ (см. табл. 15), которые обычно выделяются с мочой здорового человека за сутки.

Схема функционирования Redy-system
Рис. 17. Схема функционирования Redy-system.
Понятно, что наиболее целесообразно осуществлять адсорбирование при высокой концентрации продуктов метаболизма, биодеградации и других вредных веществ. Отсюда вытекает, что оптимальные результаты должны быть достигнуты при адсорбировании в последовательности: диализат — кишечник — кровь. Вместе с тем с точки зрения безопасности и легкости лечебного процесса желательна противоположная последовательность. В последнем случае, т. е. при контакте адсорбента с кровью, возникают такие проблемы, как, например, возможность гемолиза, свертывания крови, проникновения и смешивания адсорбента с кровью. При адсорбировании в пищеварительном  тракте, изобилующем слизистыми оболочками, необходимо исключить разложение продуктов питания. Если же адсорбирование осуществляется в диализате, то адсорбент находится на внешней стороне мембраны (по отношению к телу), и весь процесс сходен с диализом крови. По всем предпосылкам, в данном случае не должно возникнуть затруднений при соблюдении двух условий: во-первых, эффективность диализа не снизится из-за присутствия адсорбирующего агента, во-вторых, последний (либо целиком, либо в виде продуктов разложения) не растворится в диализате и не проникнет через мембрану в кровь.
Принцип регенерации и вторичного использования диализата реализуется по двум системам: Redy-system и ТМ 101.
Первая из них, схематически показанная на рис. 17, способна удалять из организма мочевину, креатинин, мочевую кислоту и другие азотсодержащие продукты метаболизма. Для этой системы характерно крайне малое количество необходимого диализата — всего лишь 5,5 л. Redy-system спроектирована таким образом, что вода от ультрафильтрации накапливается в сборнике и удаляется, переливаясь через его край. Мочевину гидролизуют уреазой, переводя в аммиак, который
удаляют путем ионного обмена с натрий-цирконий-фосфатом; образующиеся ионы Na+ адсорбируются окисью циркония. Здесь проявляется тенденция к повышению концентрации этих ионов в диализате; отмечалось, что было бы, по-видимому, целесообразнее всего осуществлять обмен 5,5 л диализата в ходе Аналитического процесса. Кроме того, Redy-system может быть использована для промывания органов брюшной полости. Масса абсорбционной колонки этой системы достигает 4,3 кг, т. е. достаточно велика, и возможность портативного варианта пока еще весьма проблематична. Вместе с тем необходимый объем диализата удалось уменьшить до 1/50, и это является крупнейшим шагом вперед.
Абсорбционная колонка системы ТМ 101 с насадкой из активированного угля и окиси алюминия — достаточно эффективное средство для удаления из организма органических продуктов метаболизма (кроме мочевины) и производных фосфорной кислоты. Относительно мочевины можно утверждать, что она переходит в диализат до тех пор, пока уровни концентрации мочевины в 30 л диализата и в крови не станут равными. Надо учитывать, однако, что в крови больного концентрация мочевины меняется очень быстро. При использовании колонки ТМ 101 состояние больного становится вполне удовлетворительным, поэтому логично предположить, что мочевое отравление вызывается отнюдь не мочевиной как таковой, а токсичными веществами, молекулярные массы которых лежат в диапазоне средних значений. Основным критерием традиционной диагностики мочевого отравления был, как известно, уровень концентрации мочевины в крови. Логика этого ясна, если принять во внимание, что на практике увеличение концентрации мочевины сопровождается ростом концентрации веществ, вызывающих мочевое отравление. Выше такие токсины были приведены в табл. 20.

Удаление из крови токсичных веществ
Рис. 18. Удаление из крови токсичных веществ и продуктов метаболизма и биодеградации.
Резкое улучшение состояния больных при использовании колонки ТМ 101 объясняется тем, что содержащийся в диализате активированный уголь играет доминирующую роль в удалении из организма токсичных веществ.
В стенках кишечника имеются многочисленные капиллярные сосуды. В них поступает большая часть мочевины из крови, которая разлагается здесь до аммиака уреазой, содержащейся в коллибациллах. Аммиак абсорбируется кровью, затем конвертируется печенью в мочевину и стабилизируется. Именно в этой связи возникла идея удаления аммиака или мочевины из кишечника при помощи абсорбирующих агентов. Был подвергнут испытаниям целый ряд абсорбентов, и одним из наиболее эффективных оказался окисленный крахмал. Введение его страдающим хронической почечной недостаточностью в дозировке 20 г/сут препятствует повышению концентрации мочевины в крови, и количество необходимых сеансов диализа, достигавшее перед введением препарата 2—3 раз в неделю, снижается до 1 сеанса в 2 нед. Таким образом, использование искусственной почки сочетается здесь с медикаментозной терапией.
Непосредственное удаление из крови продуктов биодеградации и метаболизма требует использования таких адсорбентов, которые не вызывали бы механического травмирования крови. Разработки в этом направлении ведутся, однако решить проблему весьма трудно, поэтому практикуется капсулирование поверхности адсорбента пленкой-оболочкой, совместимой с кровью (рис. 18). Кроме того, капсулирующий материал должен обладать способностью к пропусканию адсорбируемых веществ. Обычно медикамент освобождался из капсулы после ее разрушения, однако в последнее время все чаще применяются проницаемые оболочки капсул. Благодаря этому медикамент вступает в контакт с организмом постепенно.
Прямая гемоперфузия, состоящая в том, что кровь очищают в колонке с насадкой из капсул адсорбента, гораздо труднее поддается усовершенствованиям, чем капсулирование с пролонгированным действием медикамента. Неудовлетворительную проницаемость капсулирующей оболочки при пролонгированном контакте часто компенсируют простым увеличением концентрации или количества вводимого препарата, в данном случае адсорбента. В случае же прямой гомоперфузии на капсулах увеличить концентрацию адсорбируемых веществ (продуктов биодеградации) невозможно, поэтому повышение эффективности адсорбента осуществимо только одним способом — путем улучшения проницаемости оболочки капсулы.

Рис. 19. Сферолиты активированного угля с покрытием из poly-HEMA.
Сферолиты активированного угля с покрытием из poly-HEMA
1 — покрытие; 2 — сечение.
В настоящее время только активированный уголь может быть практически использован на уровне клиники в качестве адсорбента для прямой гемоперфузии. Следует подчеркнуть, что его эффективность по отношению к органическим продуктам метаболизма и биодеградации чрезвычайно велика. При контактировании с пористым активированным углем кровь, как известно, мгновенно свертывается; для предотвращения коагуляции используются различные капсулирующие материалы, например, поли (2-оксиэтилметакрилат), нитроцеллюлоза-альбумин, желатин, целлюлоза. Активированный уголь применяют в трех фактурных разновидностях: в виде порошка, сферолитов и стержней. Ввиду крайней опасности проникновения частиц адсорбента в кровь необходимо абсолютно непроницаемое для них покрытие капсулирующей оболочкой, как показано, например, на рис. 19.
Стратегия лечения хронической почечной недостаточности основана на параллельном использовании прямой гемоперфузии и диализа крови, причем эти процессы либо чередуют, либо проводят одновременно. В последнем случае кровь может быть очищена за 2—3 ч, и есть основания рассчитывать на возвращение больного к нормальной жизни. Сообщалось, что специфическое болезненное состояние, вызываемое токсинами средней молекулярной массы и присущее больным, которым показан диализ крови, снимается или, во всяком случае, значительно облегчается прямой гемоперфузией. Понятно, что она может быть использована не только с искусственной почкой, но и в других случаях, например с искусственной печенью. Электролиты, вода и мочевина не поддаются прямой гемоперфузии на капсулах с активированным углем, поэтому самостоятельно указанный процесс никоим образом не может заменить действия искусственной почки.

Схема действия искусственной почки фильтровального типа
Рис. 20. Схема действия искусственной почки фильтровального типа.
В естественных почках кровь очищается фильтрованием в гломерулах с последующим ресорбированием в мочевых канальцах. Функцию гломерул может выполнять фильтровальная мембрана, и при наличии законченной методики обработки филь-фильтрата создание искусственной почки нового типа станет вполне реальным. Предельным уровнем, как известно, является получение 2 л фильтрата в сутки. Существуют три принципиальных возможности повышения этого показателя: 1) довести фильтрат до высокой чистоты и использовать в качестве диализата; 2) очистить достаточно большое количество фильтрата и возвратить в организм; 3) предварительно разбавить кровь, а затем удалить жидкую составляющую.
Последний из этих методов наиболее прост; в некоторых случаях он уже практикуется в клиниках. Мембраны выполняют из пористого сополимера акрилонитрила с винилхлоридом; они отличаются высоким коэффициентом ультрафильтрации. Схема функционирования искусственной почки фильтрационного типа представлена на рис. 20.
Второй метод имеет то преимущество, что ввиду отсутствия в фильтрате эритроцитов очистка крови абсолютно безопасна с точки зрения свертывания, и при наличии отработанной и достаточно удобной методики удаления отходов данный способ уже можно было бы практиковать в клиниках. Вместе с тем приходится признать, что на современном уровне урологической хирургии и терапии, когда для удаления мочевины нет другого средства, кроме диализа, практическое применение фильтрационного способа пока нереально.
Очевидно, что первый из рассматриваемых способов (использование фильтрата в качестве диализата) применим в качестве замены искусственной почки при наличии способа обработки мочевины (например, по системе Redy).
Для быстрейшего создания портативной искусственной почки наиболее перспективен, по-видимому, тоже первый способ. Адсорбционная колонка системы Redy очень тяжела, и разговоры о ее портативности в современном исполнении совершенно беспредметны. Если в ближайшем будущем удастся разработать эффективный метод обработки мочевины, то объединение активированного угля и ионообменных смол (селективно пропускающих адсорбированные катионы и анионы) в единый комплекс несомненно позволит создать портативную искусственную почку. В свою очередь это сделало бы возможным (при использовании шунта) практически нормальную жизнь и деятельность лиц, страдающих хронической почечной недостаточностью.
Наконец, следует подчеркнуть крайнюю опасность кровотечения у больных, которым введен гепарин, поскольку геморрагию практически невозможно прекратить. Таким образом, сама жизнь в обычном понимании чревата для этих лиц опасностями, и необходимо как можно скорее создать систему клиренса, не связанную с использованием антикоагулянтов.
В заключении отметим, что недавно вновь была подтверждена возможность применения полимеров полиакрилонитрилового ряда (см. RP 6 в табл. 16), а также стереокомплексов полиметилметакрилата для изготовления мембран искусственных почек фильтровального типа.



 
« Пограничная интеллектуальная недостаточность   Полиурия и полидипсия »