Реферат: Полимеры в медицине

  Химия полимеров в настоящее время является одной из перепек областей науки и с течением времени открывается все больше путей для внедрения ее разработок .Одной из важнейших по своему значению для жизни человека областью использования полимеров является медицина.

  Строго говоря , использование высокомолекулярных соединений в медецине - результат тесного сотрудничества трех наук - химии, медицины и биологии. Порою кажется, что достижения ученых в этой области - это самые смелые наши мечты, каким-то чудом нашедшие воплощение в реальности, уже никого не удивляют синтетические эквиваленты тканей человека(костей, зубов, суставов, стенок кровеносных сосудов и т. д.). В клинической практики с большим успехом применяются искусственные клапаны и желудочки сердца, сополимерные заменители плазмы крови человека.

[sms]

  С тех пор как впервые были синтезированы полимерные полупроницаемые мембраны, на вооружении у медиков появились аппараты «искусственное легкое" «искусственная почка», «искусственное сердце». Благодаря этому появилась возможность во время операций на этих органах заменять их искусственными . Широко используются полимерные ионообменные смолы, действие которых направлено на удаление из организмов радиоактивных токсичных металлов; исследуется возможность применения ионообменников для регуляции электролитного и кислотно-щелочного равновесия биологических сред при сердечнной, почечной и печеночной недостаточности.
  Важную роль играют синтетические материалы в хранении и консервировании крови, кожи и других органов, изготовлении хирургических инструментов и материалов. Немаловажное значение имеет использование и синтетических полимеров в этих целях.

                                                          МЕТОДЫ СИНТЕЗА ПОЛИМЕРОВ

  Синтетические полимеры, как и природные, являются высокомолекулярными соединениями, т. е. молекула полимера состоит из множества молекул мономера - наименьших повторяющихся фрагментов макромолекулы полимера.

  Среди полимеров различают:
• линейные - полимеры, структурные фрагменты которых соединены между собой в линейные цепи;
• разветвленные - полимеры, в структуре которых линейные цепи нерегулярно соединены между собой, причем боковые цепи не отличаются от главных построению. Полимеры, в которых боковые и главные цепи различаются по строению, называются привитыми сополимерами;
• сшитые - полимеры, в которых каждая цепь имеет хотя бы два места соединения с другими цепями.
  По свойствам полимеры классифицируются на:
• эластомеры - обладают высокой эластичностью, способны растягиваться оолее чем в 10 раз и восстанавливать свою форму (при условии постоянной температуры);
• термопласты - обладают пластичностью при нагревании, также способны Деформироваться при механическом воздействии, однако после прекращения действия деформирующего фактора или при охлаждении уже не способны сами вернуть первоначальную форму;
• реактопласты - обладают термореактивностью - способностью необратимо изменять свою форму при термическом или механическом воздействии, причем после прекращения воздействия они теряют способность вновь деформироваться;
• волокна - полимеры, макромолекулы которых расположены в одном направлении. Волокна обладают невысокой растяжимостью, однако их прочность на разрыв достаточно велика.

  Получить полимеры можно, используя два основных типа реакций:

• цепные;
• ступенчатые.
  Цепные реакции протекают путем присоединения молекул мономера к цепи .К этому типу реакций относятся реакции полимеризации. Характернойностыо этих реакций является то, что цепь полимера после присоединения молекулы мономера продолжает расти.
  Ступенчатые реакции протекают в виде присоединения молекулы мономера к уже образовавшейся цепи полимера. После каждого такого присоединения образуется устойчивый полимер. К реакциям этого типа относятся полиприсоединения и поликонденсации.

                                           РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

  Реакция полимеризации - это процесс образования высокомолекулярного соединения из низкомолекулярного путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Полимеризация может протекать только в том случае ,если мономер содержит группировку, способную раскрываться с образованием свободных связей (С=С, С=С, С=0, C=N и др.). Инициаторами (т. е. факторами,способствующими образованию активного центра) в реакциях полимеризации выступают нагревание, сверхвысокое давление, облучение, катализаторы свободные радикалы.
  Реакция полимеризации имеет цепной механизм. Различают такие стадии реакции: зарождение цепи, рост цепи, передача цепи и обрыв цепи.

  Зарождение цепи происходит в результате присоединения к мономерe активной  частицы (радикала, катиона или аниона) - мономер активизируется. Образовавшийся на нем активный центр в дальнейшем будет оставаться в составе растущей цепи, пока цепь не оборвется или не произойдет передача цепи.
  В зависимости от того, как происходит зарождение цепи, иолимеризацию делят на радикальную, катионную и анионную.

  Рост цепи - процесс присоединения молекул мономера к цепи. Обрыв цепи может произойти в результате присоединения другого радикала или  иона или при передаче  избытка энергии активного центра  другой частице (  передача  цепи).

  Реакция поликонденсации - это способ получения высокомолекулярного соединения, в ходе которого протекает взаимодействие между функциями группами и выделение низкомолекулярного продукта (воды, спирта,водорода и т. д.). ,

  Образование побочного продукта является огромным недостатком реакций поликонденсации.Кроме того, далеко не все мономеры в ходе реакции превращаются в полимеры, а удалить их из продукта довольно сложно. Исходные низкомолекулярные соединения часто являются токсичными,поэтому перед использованием в медицинских (как и в других) целях такие полимеры нуждаются в дополнительной очистке .Кроме того, медецинские марки полимеров требуют специальных условий для их образования.

  В этом отношении реакции полимеризации гораздо более удобны для получения медицинских полимеров. Побочные продукты не образуются, а непрореагировавших молекул мономера не остаётся. В крайнем случае, их можно довольно легко вывести из сферы реакции. Следует отметить, что поиск путей ещё более глубокой очистки медицинских полимеров продолжается. Это вызвано тем , что даже мизерные дозы непрореагировавшего мономера , находясь в объёме изделия из полимерного материала, со временем мигрируют на поверхность и оказывают отравляющее действие на организм.

                                                 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ В МЕДИЦИНЕ
  Полисилоксаны, или силиконовые каучуки, - высокомолекулярные соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода, а в состав боковых групп входят атомы углерода. Получают полисилоксаны реакцией поликонденсации; в качестве мономеров используются кремнийорганические мноогатомные спирты. Использование полисилоксанов в медицине обусловлено их физиологической инертностью.
  Одним из полисилоксанов, нашедших широкое применение, является трифторпропиленметилполисилоксан. Его основным свойством является хорошая совместимость с кровью, т. е. образование тромбов при контакте с кровью этого полимера происходит в значительной степени менее активно, чем в случае использования других полимеров. Также на основе данного полисилоксана изготавливают силиконовые резины - материалы, незаменимые  при  изготовлении изделий, контактирующих с кровью (элементы аппаратов искусственного кровообращения и искусственной почки, мембраны клапанов сердца и сами клапаны).
  Довольно перспективными веществами в плане использования в медицине являются силиконовые масла - жидкие кремнийорганические полимеры. Они обладают способностью растворять и удерживать кислород, что позволяет использовать их как заменители плазмы.

                                                                     Полиэфирные смолы

  Полиэфирные смолы - ненасыщенные растворы сложных полиэфиров. Полиэфирами называются синтетические полимеры, в составе молекул которых  содержится простая эфирная (R-O-R₁, где R и R₁ - углеводородные радикалы) или сложноэфирная (R-O-CO-R₁) группа. Как правило, полиэфирные смолы  изготавливают, используя в качестве растворимого вещества полиэфиры, полученные поликонденсацией гликолей с малеиновой или фумаровой кислотой. Растворителем является мономер (например, стирол).
  Широкое применение в медицине находит полиэтилентерефталан. Волокна этого полимера являются основой для изготовления протезов кровеносных сосудов.
   Вообще материалы для изготовления искусственных кровеносных, должны обладать рядом качеств, среди которых наибольшее значение имеет  пористость. В кровеносных сосудах организма пористость боковых  сиенок играет очень важную роль, благодаря ей обеспечивается циркуляция между кровью и межтканевым пространством. Кроме того, наличие отверстий в  стенках протезов позволяет естественным тканям кровеносных сосуд проростать в них, обеспечивая вживление и функционирование протеза.
  Полиэфирные волокна уже более 20 лет используются в изготовлен, протезов. Иногда ими заменяют очень большие пораженные участки сосудестой системы.

                                                               ПОЛИМЕРЫ В ФАРМАКОЛОГИИ

  Синтетические полимеры находят широкое применение в фармакологии благодаря тому, что тщательно разработанные методы синтеза позволяют получать полимеры, строение которых аналогично строению полимерных соединений  нашего организма. Кроме того, строение синтетического полимера может быть  модифицировано таким образом, чтобы сообщить ему дополнительные свойства, которыми естественный аналог не располагает. Рассмотрим несколько примеров.
  Инсулин - белковый гормон животных и человека, вырабатываемый поджелудочной железой. Действие инсулина заключается в том, что он резко увеличивает проницаемость стенок мышечных и жировых клеток для глюкозы.Действие инсулина избирательно - на проницаемость стенок нейронов( нервных  клеток) он не влияет. Именно инсулин несет ответственность за усвоение организмом глюкозы, синтез гликогена (полисахарида, образованного остатками  глюкозы; откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток печени и действием ферментов расщепляется до глюкозы), накопление гликогена в мышечных волокнах.
  Недостаточное образование инсулина приводит к тому, что в организме развивается тяжелейшее заболевание эндокринной системы - сахарный диабет.Эта болезнь характеризуется снижением способности печени и мышц усваивать  глюкозу и другие углеводы. Это значит, что в крови имеется избыток глюкозы,  которая впоследствии выводится с мочой, но в клетки она не поступает (острый  клеточный голод). В результате клетки гибнут, а глюкоза, не усваиваясь ,выводится из организма.

  Последствия сахарного диабета - это поражение периферийных нервных узлов, в результате чего нарушается работа конечностей; нарушение  зрения ,атеросклероз.
  Лечение сахарного диабета в основном проводится путем инъекций инсулина и инсулиновых препаратов. В настоящее время успешно осуществляется  синтез искусственного инсулина. В отличие от инсулина, получаемого из биологического сырья, искусственный инсулин не содержит примесей, из-за чего его  эффективность намного выше эффективности биологического инсулина.

 Интерферон - низкомолекулярный белок, действие которого в организме направлено на подавление размножения в клетках различных вирусов, защиту клетки от бактерий и внутриклеточных паразитов. Искусственно синтезирование интерферогены при введении в организм образуют интерферон.

  Как показывает практика, химия полимеров заняла прочные позиции в медицине и позволяет ей решать задачи, которые раньше казались неразрешимыми.[/sms]