Искусственные органы

 

Нуклеиновые кислоты

Первичная структура  ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов в цепи. Как правило последовательность записывают в виде букв (например AGTCATGCCAG), причём запись ведётся с 5'- на 3'-конец цепи.

Вторичная структура  — это структура, образованная за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, стэкинга и водородных связей. Двойная спираль ДНК является классическим примером вторичной структуры. Это самая распространённая в природе форма ДНК, которая состоит из двух антипаралельных комплементарных полинуклеотидных цепей. Антипараллельность реализуется за счёт полярности каждой из цепей. Под комплементарностью понимают соответствие каждому азотистому основанию одной цепи ДНК строго определённого основания другой цепи (напротив A стоит T, а напротив G располагается C). ДНК удерживается в двойной спирали за счёт комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей, двух в паре А-Т и трёх в паре G-C. В 1868 г. швейцарский учёный Фридрих Мишер выделил из ядер клеток фосфорсодержащее вещество, которое он назвал нуклеином.

Полисахариды.

Полисахариды, синтезируемые  живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых  гликозидными связями. Зачастую полисахариды нерастворимы в воде. Обычно это  очень большие, разветвлённые молекулы. Примерами полисахаридов, которые синтезируют живые организмы, являются запасные вещества крахмал и гликоген, а также структурные полисахариды — целлюлоза и хитин. Так как биологические полисахариды состоят из молекул разной длины, понятия вторичной и третичной структуры к полисахаридам не применяются.

Химический состав, отличный от целлюлозы, имеют хитин и хитозан, но они близки к ней по структуре. Отличие заключается в том, что  при втором атоме углерода α-D-глюкопиранозных  звеньев, связанных α-1,4-гликозидными связями, OH-группа заменена группами -NHCH3COO в хитине и группой -NH2 в хитозане. Целлюлоза содержится в коре и древесине деревьев, стеблях растений: хлопок содержит более 90 % целлюлозы, деревья хвойных пород — свыше 60 %, лиственных — около 40 %. Прочность волокон целлюлозы обусловлена тем, что они образованы монокристаллами, в которых макромолекулы упакованы параллельно одна другой.

 

Использование искусственных материалов при протезировании.

 

Протезирование  — замена утраченных или необратимо повреждённых частей тела искусственными заменителями — протезами. Эндопротез – представляет собой протез, который располагается внутри тела человека. Эндопротезирование сустава – это замена компонентов сустава эндопротезами, повторяющими форму нормального сустава и воспроизводящими функцию сустава. Часто эндопротезирование является единственным методом, способным восстановить утраченную подвижность сустава и ликвидировать боль в суставе. Уже через один-два месяца после протезирования сустава пациент может вернуться к активной жизни. Современные протезы практически вечны. Установленные внутри тела человека они способны служить 15-20 и даже 30 лет, а при износе сустава, его можно снова заменить. В мире каждый год производится имплантация около одного миллиона тазобедренных и более чем полмиллиона коленных эндопротезов. В настоящее время существуют протезы для тазобедренных, коленных, плечевых, локтевых суставов и даже для суставов пальцев рук. Они производятся из металла, керамики, особо прочной пластмассы. Производство протезов является высокоточным и проходит многоступенчатый контроль и сертификацию. Требования к материалам из которых изготавливаются суставы – это прочность, износоустойчивость, но при этом они должны легко подвергаться обработке для достижения точности сопоставления компонентов протезов. Для производства металлических эндопротезов в настоящее время используются:

сплавы из нержавеющей  стали. Такие эндопротезы фиксируются  в кости с помощью цемента. Цемент или костный цемент представляет собой специальную акриловую  смолу 

сплавы из кобальта и хрома. Из них производятся компоненты эндопротезов, предназначенные для  скольжения: головка бедренной, плечевой кости

титан и его  сплавы, которые можно фиксировать  в кости без специальной смолы. Эти сплавы не используются для изготовления поверхностей скольжения.

Для производства поверхностей скольжения используются алюмооксидная керамика и пластмасса в виде сверхпрочного полиэтилена. Для несущих частей протеза эти материалы не используются, так как не имеют достаточной прочности и способны сломаться.

 

Использование искусственных материалов в стоматологии.

   Попытки использовать искусственные материалы для замещения утраченных зубов были известны еще в глубокой древности. Для этого использовали дерево, кости животных, минералы, металлы.

Большим качественным скачком  было предложение использовать фарфор для изготовления искусственных зубов. Использование фарфора для изготовления искусственных зубов прошло проверку временем. В настоящее время фарфоровые зубы в наибольшей степени отвечают всем необходимым требованиям.

Следующий важный этап в  развитии материаловедения связан с  именем Гудиера, предложившим в 1839 г. способ вулканизации каучука. Этот материал с 1848 г. стали использовать для изготовления базисов протезов и он почти 100 лет был практически единственным базисным материалом.

материаловедения произошел  в конце 30-х годов, когда были получены акриловые полимеры, разработана технология получения из них зубных протезов.

В нашей стране работы по разработке и внедрению акриловых  пластмасс вели Б. Н. Бынин, И. И. Рев-зин, Д. Н. Цитрин и др. Большая группа авторов под руководством Б. Н. Бынина и И. И. Ревзина за исследования по разработке и внедрению акриловой пластмассы была удостоена Государственной премии СССР.

В настоящее время  в нашей стране и за рубежом  акриловые пластмассы являются одним  из основных материалов. Из них изготавливают материалы для базисов, аппараты, лицевые протезы, искусственные зубы.

Препараты на основе акрилатов  обладают удовлетворительной прочностью, легко окрашиваются, гигиеничны, технология получения зуботехнических изделий  из них значительно проще, чем  из ранее применяемых материалов.

Процесс вулканизации каучука  состоит в присоединении к  полимеру изопрена (CsH8) по месту двойных  связей, серы (S). В результате реакции, проходящей при нагревании в вулканизаторе ( + 132°С), получается твердый материал - эбонит. Добавки красителей и наполнителей позволяют получать материал необходимого цвета.

Зуботехнический каучук содержит около 30% серы. Не вулканизированный  каучук промышленность мы пускала в  виде пластин, где каучук и сера представляли собой механическую смесь. При небольшом нагревании пластины обретали пластичность, что давало возможность легко формовать из них базисы съемных протезов.

Каучук обладает достаточно большой прочностью, удовлетворительной технологичностью. Однако ему присущи  существенные недостатки: пористость и связанные с этим негигиеничность, неудовлетворительные эстетические качества.

Недостатки каучука  вынуждали вести непрерывный  поиск новых, более совершенных  материалов. Делались попытки использовать в качестве базисного материала  целлулоид, фенолформальдегидные смолы.

Однако эти материалы  из-за неудовлетворительных физико-механических свойств не нашли широкого применения. Так, целлулоид недостаточно тверд, сохраняет остаточную деформацию, имеет  камфорный іапах. Фенолформальдегидная  смола - бакелит - отличается неустойчивостью цвета, хрупкостью, неприятным запахом, плохой технологичностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Искусственные механические органы.

 

1.Зубные протезы

 

Потеря зубов у пожилых  людей, как правило, является результатом  длительных болезней, у молодых это происходит   из-за халатного отношения к собственному здоровью. Каковы бы ни были причины, с помощью зубного протезирования всегда можно вернуть красивую улыбку. Зубные протезы – это современные конструкции из различных материалов, позволяющих восстановить потери в зубном ряду. На сегодняшний день существует большое количество зубных протезов, которые помогут устранить любые стоматологические дефекты.

 

Виды зубных протезов

 

Зубные протезы условно  можно поделить на две группы: съемные  и несъемные. Съемные протезы в свою очередь подразделяются полные съемные и частично съемные. Полные конструкции применяются при абсолютном отсутствии зубов, а частичные – при отсутствии одного или нескольких.

 

 К частичным относятся:  силиконовые протезы зубов, пластмассовые, бюгельные, нейлоновые, полиуретановые, акриловые, иммедиатпротезы. Съемные конструкции опираются на десну и удерживаются с помощью проволочных крючков на сохранившихся зубах. Полные съемные протезы делаются из пластмассы, а искусственные зубы в них – из композита или керамики. Самый совершенный вид съемного протезирования – бюгельные протезы, которые перераспределяют нагрузку на всю челюсть. Они более удобны и долговечны. Но, к сожалению, цена на них высока из-за металла, который используется для их изготовления.  Большой популярностью пользуются гибкие нейлоновые протезы. Они более комфортные и легкие. Полупрозрачный, эластичный нейлон позволяет имитировать слизистую ротовой полости. Их можно носить постоянно, вынимая изо рта лишь для чистки. Такими же свойствами обладают и протезы из полиуретана. Иммедиатпротезы («бабочка») – временные конструкции для замещения дефектов в зубном ряду на время, пока не установят постоянные протезы. Преимущество съемных протезов в том, что их спокойно можно вынимать и производить чистку, это спасает от многих неприятностей, связанных с несъемными протезами. Но делать это нужно, как минимум, пару раз в день после еды. Несъемные зубные протезы также могут восстановливать как единичное, так и полное отсутствие зубов. Они включают в себя: керамические вкладки, безметалловую керамику и металлокерамику.

Самый простой и недорогой  несъемный протез - это керамическая вкладка, с помощью которой восстанавливается  сильно разрушенный зуб (при этом зуб не обтачивается). Если же зуб потерян, то используют мостовидный зубной протез или протез из одиночных коронок.  Несъемные конструкции изготавливаются из разных материалов, но самым популярным является металлокерамика (сплав благородных металлов), которая покрывается керамикой, подобранной под цвет зубов. Альтернативный вариант - безметалловые коронки из биосовместимых материалов (стеклокерамика), они обладают полупрозрачностью естественного зуба. Фиксация несъемных зубных протезов, как правило, осуществляется на здоровых соседних зубах. Раньше их сильно обтачивали и умертвляли нерв, что сильно их повреждало. Сегодня, по продвинутой методике, опорные зубы не травмируются. Достигается это путем применения конструкций со специальными микрозамками, которые фиксируются на опорных зубах. Также существует полный протез на присосках, прочно прикрепляющиеся к десне за счёт эффекта присасывания.

 

2.Эндопротезирование. Металлические суставы и связки.

 

Эндопротезирование применяется  у пациентов с заболеваниям суставов, которые привели к потере функции сустава. К таким заболеваниям относятся:

дегенеративно-дистрофические заболевания суставов (деформирующий  артроз или остеоартроз)

болезнь Бехтерева с  преимущественным поражением суставов конечностей 

посттравматический артроз

асептический некроз головки бедренной кости и мыщелка бедра

неправильно сросшиеся  переломы в области сустава 

ложные суставы, образовавшиеся после переломов 

артрозы возникшие в  результате врожденных аномалий развития (дисплазии и гипоплазии суставов) переломы вертлужной впадины и шейки бедра

артрозы другого происхождения (воспалительные, артрозы при подагре  и псориазе).

Эндопротезирование сустава  может быть неполным или полным. Неполное эндопротезирование заключается  в замене на эндопротез части сустава. Оно называется еще однополюсным. Полное или тотальное эндопротезирование сустава представляет собой полную замену сустава на эндопротез. Перед операцией производится тщательный подбор эндопротеза с учетом состояния пациента, вида и стадии заболевания. В большинстве случаев операции проходят хорошо и почти в 100% случаев позволяют достигнуть восстановления функции сустава.

 

3. Протезирование конечностей

 

 На сегодняшний день существует два вида протезов верхних и нижних конечностей. Это лечебно-госпитальные и постоянные протезы. Что касается лечебно-госпитальных протезов, то они предназначены для подготовки пациента к протезированию. Если же говорить о постоянных протезах, то их также можно подразделить на две группы. Это функционально-косметические и рабочие протезы. Функционально-косметические протезы напоминают собой нормальную конечность, которая способна еще и функционировать. Рабочие протезы ставятся человеку для удержания либо использования специальных или универсальных инструментов. Результат протезирования напрямую зависит от уровня ампутации нижней либо верхней конечности.

Современная медицина разделяет  два вида протезов верхних и нижних конечностей – активные и пассивные. Пассивные протезы именуют еще косметическими. Предназначены они для придания протезу естественного внешнего вида. Что же касается активных протезов, то их можно подразделить на механические и биоэлектрические. Механические протезы предназначены для осуществления двух функций: социальной и рабочей. Биоэлектрические протезы имеют в своем составе электроды. Данные электроды предназначены для считывания электрического тока, который вырабатывается мускулами при сокращении. После этого сигнал передается на микроскопический процессор, который и приводит протез в действие. Протезов нижних конечностей также довольно много. Это и коленные шарниры, и стопы, и адаптеры. Все протезы нижних конечностей изготавливаются в соответствии с массой тела человека, его возраста, а также образа жизни, который он ведет. На сегодняшний день существует специальные протезы для пожилых людей, для активных людей, спортсменов, детей и так далее и тому подобное. Протезы нижних конечностей изготавливаются, как правило, из стали либо титана.

 

Искусственные  внутренние органы

 

Во время сложнейших операций, проводимых на сердце, легких или почках, неоценимую помощь медикам оказывают «Аппарат искусственного кровообращения», «Искусственное легкое», «Искусственное сердце», «Искусственная почка», которые принимают на себя функции оперируемых органов, позволяют на время приостановить их работу. «Искусственное легкое» представляет собой пульсирующий насос, который подает воздух порциями с частотой 40—50 раз в минуту. Обычный поршень для этого не подходит, в ток воздуха могут попасть частички материала его трущихся частей или уплотнителя. Здесь, и в других подобных устройствах используют мехи из гофрированного металла или пластика — сильфоны. Очищенный и доведенный до требуемой температуры воздух подается непосредственно в бронхи. «Аппарат искусственного кровообращения» устроен аналогично. Его шланги подключаются к кровеносным сосудам хирургическим путем. Первая попытка замещения функции сердца механическим аналогом была сделана еще в 1812 году. Однако до сих пор среди множества изготовленных аппаратов нет полностью удовлетворяющего врачей. Отечественные ученые и конструкторы разработали ряд моделей под общим названием «Поиск». Это четырехкамерный протез сердца с желудочками мешотчатого типа, предназначенный для имплантации в ортотопическую позицию.

В модели различают левую  и правую половины, каждая из которых состоит из искусственного желудочка и искусственного предсердия. Составными элементами искусственного желудочка являются: корпус, рабочая камера, входной и выходной клапаны. Корпус желудочка изготавливается из силиконовой резины методом наслоения. Матрица погружается в жидкий полимер, вынимается и высушивается — и так раз за разом, пока на поверхности матрицы не создается многослойная плоть сердца. Рабочая камера по форме аналогична корпусу. Ее изготавливали из латексной резины, а потом из силикона. Конструктивной особенностью рабочей камеры является различная толщина стенок, в которых различают активные и пассивные участки. Конструкция рассчитана таким образом, что даже при полном напряжении активных участков противоположные стенки рабочей поверхности камеры не соприкасаются между собой, чем устраняется травма форменных элементов крови.Одна из лучших на сегодня зарубежных систем «Искусственное сердце» «Новакор» стоит 400 тысяч долларов. С ней можно С ней можно целый год дома ждать операции. В кейсе-чемоданчике «Новакора» находятся два пластмассовых желудочка. На отдельной тележке наружный сервис компьютер управления, монитор контроля, который остается в клинике на глазах у врачей. Дома, с больным блок питания, аккумуляторные батареи, которые сменяются и подзаряжаются от сети. Задача больного — следить за зеленым индикатором ламп, показывающих заряд аккумуляторов. Аппараты «Искусственная почка» работают уже довольно давно и успешно применяются медиками. Еще в 1837 году, изучая процессы движения растворов через полупроницаемые мембраны, Т. Грехен впервые применил и ввел в употребление термин «диализ» (от греческого dialisis — отделение). Но лишь в 1912 году на основе этого метода в США был сконструирован аппарат, с помощью которого его авторы проводили в эксперименте удаление салицилатов из крови животных. В аппарате, названном ими «искусственная почка», в качестве полупроницаемой мембраны были использованы трубочки из коллодия, по которым текла кровь животного, а снаружи они омывались изотоническим раствором хлорида натрия. Впрочем, коллодий, примененный Дж. Абелем, оказался довольно хрупким материалом и в дальнейшем другие авторы для диализа пробовали иные материалы, такие как кишечник птиц, плавательный пузырь рыб, брюшину телят, тростник, бумагу. Каковы бы не были усовершенствования в этой области, принцип пока остается одним и тем же. В любом варианте «искусственная почка» включает в себя полупроницаемую мембрану, с одной стороны которой течет кровь, а с другой стороны — солевой раствор. Для предотвращения свертывания крови используют антикоагулянты — лекарственные вещества, уменьшающие свертываемость крови. Недавно ученые создали приборы, помогающие людям, потерявшим зрение — полностью или частично. Чудо-очки, например, разработаны в научно-внедренческой производственной фирме «Реабилитация» на основе технологий, использовавшихся ранее лишь в военном деле. Подобно ночному прицелу, прибор действует по принципу инфракрасной локации. Черно-матовые стекла очков на самом деле представляют собой пластины из оргстекла, между которыми заключено миниатюрное локационное устройство. Весь локатор вместе с очковой оправой весит порядка 50 граммов — примерно столько же, сколько и обыкновенные очки. «Линзы» не только выполняют свои прямые функции, но и прикрывают дефекты глаз. Из двух десятков вариантов каждый может выбрать для себя наиболее подходящий. Пользоваться очками совсем не трудно: надо надеть их и включить питание. Источником энергии для них служит плоский аккумулятор размерами с сигаретную пачку. Здесь же, в блоке, помещается и генератор.