Rodzaje zastawek mechanicznych
W celu pełnego zrozumienia postępowania z chorym z mechaniczną zastawką serca, konieczne wydaje się krótkie omówienie rodzajów oraz mechanizmów działania obecnie stosowanych zastawek mechanicznych:
-zastawka kulkowa (Starr- Edwards) - składa się z silikonowej kulki i pierścienia pokrytego sztucznym włóknem oraz koszyka utworzonego przez metalowe ramiona umiejscowione wokół pierścienia. Ruch kulki w kierunku koszyczka otwiera zastawkę i umożliwia przepływ krwi między kulką a metalowymi ramionami koszyczka. Jej wady to częste powikłania zatorowe, duże gradienty, hemoliza - obecnie prawie niestosowana; tylko w ujście aortalne.
-zastawka z pojedynczym uchylnym dyskiem (Bjórk-Shiley, Medtronic-Hall) - składa się z pierścienia pokrytego sztucznym włóknem oraz okrągłego dysku przyczepionego ekscentrycznie do pierścienia poprzez boczne lub centralne metalowe przyczepy. Podczas skurczu dysk otwiera się pod kątem 60-90 stopni (w zależności od typu zastawki) i umożliwia przepływ krwi wokół dysku. Następnie wzrost ciśnienia w jamie poniżej zastawki powoduje zamknięcie dysku. Zalety: duża trwałość, dobre parametry hemodynamiczne, mała hemoliza. Wady: możliwość zablokowania dysku, nasilone wykrzepianie, przecieki okołozastawkowe.
-zastawka dwupłatkowa (St. Jude Medical, Carbomedics) - zbudowana z dwóch półokrągłych dysków przyczepionych do pierścienia za pomocą dwóch małych zawiasów. Mechanizm działania jest zbliżony do zastawki jednodyskowej, jednak parametry przepływu krwi przez zastawkę dwudyskową są "bardziej fizjologiczne". Wada: możliwość dyslokacji płatka. Zalety: trwałość, dobre parametry hemodynamiczne, rzadko zatorowość. Obecnie najczęściej stosowana.
Włukno medyczne to polimery
Dzięki fizjologicznej objętości prawie wszystkich polimerów i możliwości ich stosowania w styczności z organizmem żywym, i to nie tylko w krótkotrwałych kontaktach, ale i na stałe (wszczepy – endoprotezy) zastosowanie tworzyw sztucznych w medycynie jest szerokie. Specjalną pozycję zajmują włókna sztuczne z medycynie. Zagadnienie odczynów tkankowych na wszczepione tworzywa, a zwłaszcza ich biodegradacja i możliwość pobudzenia procesu nowotworowego jest przedmiotem wszechstronnych badań, które musza być długotrwałe. Na razie nie ma przeciwwskazań stosowania tworzyw sztucznych w medycynie w przypadkach dających konkretne korzyści. Pozaustrojowe stosowanie tworzyw sztucznych w medycynie nie budzi zastrzeżeń, ale i tutaj niezbędne jest współdziałanie chemika z lekarzem, aby uzyskać optymalne rozwiązanie. Najszersze zastosowanie osiągnęły strzykawki jednorazowego użytku wytwarzane np. z polipropylenu. Cewniki, dreny, a z najbardziej skomplikowanych wyrobów - sztuczna nerka wyrabiane są z polietylenu (rurki, cewniki), polichlorku winylu (rurki, naczynia), celofanu (folie półprzepuszczalne do dializy pozaustrojowej). W stomatologii stosuje się polimetakrylan metylu, w okulistyce - sztywne i elastyczne szkła kontaktowe, w chirurgii - nici (włókna w medycynie). W farmacji tworzywa sztuczne stosuje się głównie jako materiał opakowaniowy; fiolki, tuby, a zwłaszcza popularne listki z pastylkami lub drażetkami umieszczonymi w gniazdkach uformowanych w folii PCW metodą termoformowania i zespolonej z folią aluminiową. Pastylkę wyciska się niszcząc folię aluminiową. Z tworzyw sztucznych wykonane są pojemniki ułatwiające dozowanie leku, np. kroplomierze. Z innych zastosowań tworzyw sztucznych w medycynie wymienić należy ortopedię, protetykę, chirurgię plastyczną, transport ciężko chorych (do tego celu służy płaski materac z folii PCW zawierający wewnątrz kluseczki styropianowe, nałożony na część ciała jako materac po usunięciu powietrza za pomocą pompki ssącej usztywnia się, formułując funkcjonalne nosze.
Polimery w medycynie
Streszczenie
Włókna aramidowe z grupy poliamidów aromatycznych są tworzywami sztucznymi o wysokiej wytrzymałości mechanicznej na zerwanie, małym wydłużeniu i niskiej masie. Zyskały liczne techniczne zastosowania do wyrobów przenoszących wysokie obciążenia mechaniczne i odpornych na zużycie. Zastosowanie aramidu w alloplastyce wypełniłoby zapotrzebowanie różnych dyscyplin chirurgicznych na wszczepy o dużej wytrzymałości mechanicznej. Niejednoznaczne jest jednak oddziaływanie biologiczne i biostabilność aramidu.
Celem pracy były badania stopnia biozgodnści włókien aramidowych, w porównaniu z powszechnie stosowanymi włóknami poliestrowymi o znanych i zaakceptowanych oddziaływaniach biologicznych. Badania obejmowały w pierwszej fazie: określenie własności fizykochemicznych, działania hemolitycznego, stopnia cytotoksyczności, reaktywności śródskórnej wyciągów wodnych, a w drugiej fazie: ocenę odczynu tkankowego po implantacji w okresie wczesnym i odległym, ocenę ogólnoustrojowej i miejscowej indukcji cytokin prozapalnych IL1 i IL-6 po implantacji oraz odporności włókien na biokorozję. W badaniach fizykochemicznych wyciągów wodnych z włókien oznaczono przewodność elektryczną właściwą i masę suchej pozostałość. Badanie działania toksycznego przeprowadzono na mrożonym nasieniu buhaja, oceniając czas przeżycia plemników w badanych wyciągach wodnych. Ocenę działania hemolitycznego wykonano na erytrocytach ludzkich, według metody opartej na fotometrycznym pomiarze supernatantu krwi i wyciągów wodnych. Badanie działania drażniącego mierzonego zmianami zabarwienia i wielkością odczynu, po iniekcji śródskórnej wyciągów wodnych przeprowadzono na królikach. Badania miejscowego odczynu tkanek miękkich po wszczepieniu włókien aramidowych i poliestrowych w mięśnie grzbietu i do jamy otrzewnowej, przeprowadzono na 90 szczurach w okresie wczesnym, tj. do 90 i odległym tj. do 360 dnia po implantacji. Badania miejscowej reakcji tkanki chrzęstnej wykonano na 24 królikach po wszczepieniu na 60, 90, 180, 270 i 360 dni włókien do wyrostka mieczykowatego mostka. Ilościową ocenę mikroskopową miejscowej reakcji tkanek po implantacji włókien, wykonano przy zastosowaniu punktowej oceny odczynu tkankowego. Badania indukcji cytokin prozaplnych IL-1β i 1L-6 po wszczepieniu włókien aramidowych i poliestrowych do jamy otrzewnowej, przeprowadzono na 85 myszach Balb/c. Poziom IL-1 i IL-6 oznaczono w surowicy krwi obwodowej myszy i w płynie z jamy otrzewnowej w 3, 7, 14 i 21 dobie po implantacji. Wyniki odnoszono do kontroli operacyjnej i spontanicznej produkcji cytokin prozaplanych u zwierząt nieoperowanych.
Kontrolę indukcji badanych cytokin stanowił gumowy dren medyczny. Oznaczenia wykonano metodą ELISA. Badania odporności na biokorozję, wykonano w elektronowej mikroskopii skaningowej po implantacji włókien do jamy otrzewnowej szczurów na okres 180 i 360 dni. Biostabilność własności mechanicznych po przebywaniu włókien przez 360 dni w jamie otrzewnowej szczurów, badano przy zastosowaniu testu siły zrywania w węźle i w układzie dynamicznym cyklicznego naprężania włókien (z siłą 20N i 1Hz). W badaniach wyciągów wodnych z włókien stwierdzono porównywalne pH (aramid-6,42 i poliester 6,38), czterokrotnie wyższą przewodność elektryczną właściwą (aramid 45,5; poliester 11,0) oraz pięciokrotnie wyższą masę suchej pozostałości po odparowaniu wyciągów z włókien aramidowych, w porównaniu do włókien poliestrowych (aramid 10,4mg ; poliester- 2,1mg).
W badaniach biologicznych wyciągów wodnych nie stwierdzono działania toksycznego, hemolitycznego ani działania drażniącego. Miejscowa reakcja tkanek miękkich po implantacji włókien aramidowych i poliestrowych była podobna. Makroskopowo charakteryzowała się wytworzeniem 3 dnia cienkiej przezroczystej błony, która w okresie odległym, tj. powyżej 90 dnia była biaława, grubsza i silnie związana z implantowanymi włóknami i otaczającymi tkankami. W badaniach mikroskopowych odczyn tkankowy charakteryzował się obecnością krótkotrwałej fazy wysiękowej, mniej nasilonej wokół aramidu w porównaniu do poliestru, przechodzącej następnie w fazę proliferacyjną bardziej nasiloną wokół włókien aramidowych. Faza proliferacyjna prowadziła do wytworzenia torebki z nowo wytworzonej tkanki łącznej wiotkiej ostro odgraniczonej od mięśni, ulegającej kolagenizacji w fazie bliznowacenia. Wytworzona torebka łącznotkankowa od strony implantu - zarówno wokół aramidu jak i poliestru - miała do 360 dnia po implantacji charakter komórkowy z obecnością pojedynczych wielojądrzastych komórek olbrzymich. Od strony mięśni pasmo łącznotkankowe miało bardziej zbity charakter, a w okresie odległym zbudowane było głównie z włókien kolagenowych z cechami szkliwienia. Reakcja tkanki chrzęstnej po implantacji obu rodzajów włókien od 90 do 360 dnia była podobna. Charakteryzowała się wytworzeniem tkanki chrzęstnej i miejscami tkanki łącznej włóknistej, z dużą ilością istoty międzykomórkowej. Wytworzona tkanka łączna wykazywała cechy szkliwienia i ulegała przekształceniu w tkankę chrzęstną. Zgodnie z punktową oceną odczynu, badane włókna wywoływały porównywalny odczyn minimalny.
W badaniach poziomu cytokin prozaplnych IL-1 i IL-6, stwierdzono stałą ich obecność na niskim poziomie w surowicy krwi mysiej i w płynie z jamy otrzewnowej. Włókna aramidowe nie indukowały wzrostu poziomu Il-1 i Il-6, podczas gdy włókna poliestrowe w 3 dniu po operacji stymulowały miejscowo ich umiarkowany wzrost. Wpływ operacji na miejscową indukcje Il-1 i Il-6 był statystycznie istotny w 3 dniu. Silnym induktorem mediatorów zapalenia IL-1 i IL-6 był gumowy dren medyczny. W fizykomechanicznych badaniach zmęczeniowych i w SEM w okresie do 360 dnia po implantacji, nie stwierdzono biokorozji włókien aramidowych i poliestrowych. Wartość siły zrywania włókien aramidowych była dwukrotnie wyższa, a wytrzymałość na cykliczne zmęczenie ponad dwustukrotnie wyższa w porównaniu do włókien poliestrowych. Różnice te były znamienne statystycznie (p<0,001).
Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że włókna aramidowe wywołują minimalny odczyn tkankowy porównywalny ze stwierdzonym wokół włókien poliestrowych i nie powodują miejscowej ani ogólnoustrojowej stymulacji cytokin prozapalnnych IL-1 i IL-6. Włókna aramidowe wykazują istotnie wyższą wytrzymałość mechaniczną statyczną i dynamiczną w porównaniu do włókien poliestrowych, nie ulegają biokorozji i mogą być przydatne do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej materiałów medycznych lub jako samodzielny biomateriał, znoszący wysokie obciążenia mechaniczne.