2014-05-07

Імплантанти з пам’яттю форми

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Імплантанти з пам’яттю форми допоможуть повернути повноцінне життя

Матеріали з пам'яттю форми відкривають нові перспективи в медицині. Спробуйте зламати гілку берези. Зробити це нелегко. Жива тканина володіє особливими здібностями переносити навантаження: якщо її намагаються деформувати, то вона розтягується, як гума, в той час як метал гнеться, а потім ламається. Тому металевий імплантант, стикаючись з живими тканинами, сприймається ними як щось чужорідне і поступово не витримує навантаження, руйнується. Зараз створені наделастичні сплави з пам'яттю форми, які при навантаженні ведуть себе так само, як жива тканина. За допомогою цих матеріалів вдалося добитися дивовижних результатів: наприклад замінювати пошкоджені хребці, створювати "живі" органи, заміщати тканини при кісткових пухлинах і навіть міняти форму хірургічних інструментів між операціями.

Імплантанти з пам'яттю

До XVIII століття для цілей імплантації використовувалися в основному дорогоцінні метали - золото, срібло, пізніше в практику ввійшло використання високоякісної нержавіючої сталі. На початку двадцятого століття з'явилися танталові, титанові, кобальтові та молібденові сплави.

Все це були матеріали на основі металів. Володіючи високою міцністю, легкістю і стійкістю до корозії, вони, однак, мало задовольняли ще одну важливу вимогу, яка необхідна для будь-якої речовини, що імплантується в живі тканини. Справа в тому, що метал і жива тканина по-різному протистоять деформації при тривалому знакозмінному навантаженню: розтягуванні, здавлюванні, вібрації. Пояснимо це на прикладі. Якщо взяти смужку металу і спробувати розтягнути її, то вона буде розтягуватися, але потім, при знятті напруги, повернеться до своєї початковій форми. Її деформація прямо пропорційна навантаженню і на початковому етапі оборотна. Ця закономірність отримала назву закону Гука. Якщо ж розтяг буде дуже сильним, то смужка деформується необоротно: при знятті навантаження вона не відновить свою форму. Зовсім по-іншому поводиться біологічна тканина. Біологічні тканини підкоряються іншим закономірностям - закону запізнювання. Візьмемо людську волосину. При навантаженні вона змінює свою форму не миттєво, а з деяким запізненням, так що залежність між деформацією і навантаженням не прямо пропорційна, тобто закон Гука не виконується. Коли ж навантаження знімається, волосок повертається до своєї вихідної форми так, наче він "пам'ятає" її. Схожим чином поводяться і інші живі тканини: кісткова тканина, колаген, деревина.

Будь-який "неживий" матеріал реагує на навантаження зовсім інакше, ніж навколишні живі тканини. Рано чи пізно він не витримує навантаження і руйнується, його доводиться замінювати.

Вихід зі становища знайшовся, коли були відкриті сплави з пам'яттю форми. У 1949 році вчені виявили у сплавів міді і алюмінію незвичайні властивості. У 60-х роках в Америці такі ж властивості були знайдені і в сплаві нікелю та титану. Цей сплав при зміні температури відновлює свою вихідну форму. Незабаром у 70-х роках були створені сплави з пам'яттю форми для медичного застосування. У 1976 році були встановлені перші "живі" імплантанти, які використовували для фіксації хребта і в щелепно-лицевій хірургії, а також при переломі стегнової кістки. Так почалася історія використання матеріалів з пам'яттю форми в медицині.

Як "зібрати" хребет?

Перш за все нові матеріали були широко використані травматологами. Наприклад при лікуванні переломів трубчастих кісток (до них відносяться більшість довгих кісток скелета людини) потрібно не тільки точно з'єднати кінці зламаної кістки, а й зафіксувати їх в стабільному еластичному стані. Це необхідно, щоб відбулося зрощення кісткової і сполучної тканин. Надійно закріпити кісткові тканини зовні досить важко, це вимагає тривалого накладення гіпсу. Крім того, зламана рука або нога пацієнта довгий час залишається в нерухомому стані, що веде до деградації м'язів, зниження обмінних процесів в тканинах та інших небажаних наслідків.

Виходом з положення могло б стати накладення фіксатора безпосередньо на кістку, але для цього довелося б розсікати великий м'язовий шар і травмувати пацієнта. Цю проблему допомогли зняти наделастичні імплантанти з пам'яттю форми. Їх у вигляді дужки моделюють за формою зламаної кістки, потім охолоджують до 0-10 оС. У охолодженому стані дужку деформують і впроваджують в пошкоджену кістку, мінімально травмуючи тканини. Після цього, нагріваючись до температури тіла, імплантант відновлює первинну форму, стабільно з'єднуючи і утримуючи відламані частини кістки.

За цим принципом влаштовані і багато інших імплантантів з пам'яттю форми для фіксації кісткових тканин при різних видах переломів. Завдяки їх еластичності пацієнтові не потрібно носити гіпсову пов'язку і довгий час перебувати в нерухомості.

Особливо складним завданням була розробка імплантантів для фіксації хребта. Вперше імплантант з пам'яттю форми хворому з переломом хребта встановлений в 1982 році. Були розроблені спеціальні пористі проникні імплантанти з пам'яттю форми, які дозволили не тільки закріплювати хребці, а й заміщати їх. Справа в тому, що жива кісткова тканина довкола такого імплантанту - надзвичайно складна система. Вона володіє унікальними властивостями: певним коефіцієнтом змочуваності, еластичністю, капілярним ефектом. Всередині кістка складається із химерно перехрещених кісткових балочок, між якими знаходяться клітини - остеобласти. Створити такий складний матеріал штучним шляхом неможливо. Але в цьому й немає потреби. Адже через 2,5 місяці після установки імплантанту з пористого матеріалу з пам'яттю форми кісткова тканина сама проростає всередину пористої структури. У ній утворюються кісткові балочки і клітини-остеобласти. Фактично імплантант створює умови для утворення нової кістки на місці тієї, яка була зруйнована. Те, що організм сприймає його як щось "рідне", підтверджує відсутність запалення в області імплантації, а також те, що навколо імплантанту не утворюється капсула зі сполучної тканини, яка зазвичай оточує металеву конструкцію в організмі.

Так у хірургів з'явилася можливість відновлювати хребці при найважчих травмах хребта. Крім того, імплантантом з пам'яттю форми можна замінити і міжхребцеві диски, які руйнуються при деяких захворюваннях. Це дозволяє ефективно лікувати, наприклад, остеохондроз.

За допомогою наделастичних матеріалів з пам'яттю форми стало можливим виправляти деформацію хребта при сколіозі і кіфозі. Такий підхід виявився ефективним для корекції навіть сильно вираженої деформації хребта.

Нові медичні технології відкрили нові можливості і в онкології. У хворих з пухлинами кісткової тканини нерідко доводилося видаляти великі сегменти кістки, що неминуче перетворювало пацієнта на інваліда. Тим не менше на це доводилося йти. З часом навчилися заміщати віддалену ділянку кісткової тканини пористим сплавом на основі нікеліду титану. Спеціальні дослідження підтвердили, що така процедура не погіршує прогноз онкологічного захворювання і не сприяє поширенню метастазів. Але найголовніше - можна обійтися без ампутації руки або ноги.

"Пробка" для печінки

Коли дослідники переконалися, що організм "приймає" імплантанти з пам'яттю форми не як чужорідний матеріал, а як щось "рідне", виникла ідея створити імплантанти для підтримки роботи внутрішніх органів.

Досить часто хірургам доводиться видаляти частину печінки, якщо вона вражена пухлиною, кістою, гемангіомою, паразитами. Печінка побудована дуже складно: основну рихлу тканину, паренхіму, пронизують численні кровоносні і жовчні судини. При видаленні частини печінки потрібно не тільки замінити імплантантом частину паренхіми, а й якимось чином перекрити перерізані жовчні і кровоносні судини. Це завдання вдалося цілком успішно вирішити за допомогою невеликого пристрою, що виглядає як втулка з пелюстками на краях. Її розміри точно підганяються під розміри ділянки печінки, яку належить видалити. Перед операцією втулку охолоджують і пелюстки складають так, що вона приймає форму циліндрика. У такому вигляді втулку вводять в печінку відразу після видалення ураженої частини. У міру нагрівання до температури тіла пелюстки втулки розкриваються, повертаючись до заданої форми, і щільно притискаються до області рани, перекриваючи кровоносні судини і жовчні протоки. Пористий матеріал імплантанту стимулює проростання живої тканини печінки. Таким чином, область рани поступово заміщується нормальними клітинами.

Сьогодні розроблені і застосовуються "живі" імплантанти в хірургії нирки, кишечнику, стравоходу, шлунка, великих судин.

При лікуванні деяких захворювань внутрішніх органів в останні роки застосовується такий метод: роботу хворого органу тимчасово "довіряють" його аналогу - трансплантату, що містить здорові клітини цього органу, взяті від донора. Таким шляхом вдається допомогти, наприклад, пацієнтам з цукровим діабетом. При цьому клітини донора поміщають в особливу капсулу з перфорованими стінками. Через отвори вільно проникають лікувальні речовини, які виробляють клітини, але не можуть пройти великі клітини імунної системи, що намагаються знищити "прибульців". Ефективність такого лікування не надто велика, тому що трансплантат, заміщаючись тканиною, швидко виходить з ладу. Тому вчені створили носій-інкубатор клітинних структур - пористий матеріал з пам'яттю форми. Така конструкція виробляє і виділяє в тканини "рідні" для організму речовини.

Податливий скальпель

Матеріали з пам'яттю особливо ефективні для створення медичного інструментарію. Вони міцні, зносостійкі, переносять будь-яку стерилізацію і біологічно сумісні з живими тканинами. За допомогою сплавів на основі титану можна створювати інструменти, які змінюють свою форму при зміні напруги та температури. Це дуже зручно для хірурга, що виконує послідовно ряд операцій, наприклад при видаленні поліпів з носа. Хірургічні маніпуляції в цьому випадку дуже складні: у кожної людини розміри і будова носових ходів індивідуальні, тому звичайний "жорсткий" скальпель не дозволяє в багатьох випадках вирішити проблему. Для цієї мети розроблено матеріал і сконструйований скальпель із змінною геометрією робочої частини. Перед операцією йому надають вигин, що найкращим чином відповідає будові носових ходів пацієнта, а також формі поліпа, який належить видалити. Гнучка петля на кінці скальпеля дозволяє охопити ніжку поліпа і потім обережно зрізати її. Коли скальпель використовують для іншого пацієнта, йому надають іншу форму. Інструмент здатний витримати мільйон таких циклів і не руйнуватися. Подібними властивостями володіють розроблені вченими кріоаплікатор з пористого нікеліду титану. Ці інструменти використовують при кріохірургічних операціях, коли за допомогою дуже низьких температур (-200 оС) руйнують патологічну тканину, наприклад пухлину.

За матеріалами vokrugsveta.ru.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus