НПК - ЧЕМ ШЬЮТ ХИРУРГИ (2) (1). Исследовательская работа Шовный материал хирургов Проект Дюдин Михаил Денисович, ученик 10А класса
 Скачать 258.8 Kb.
|
… конференция « (?) » Исследовательская работа Шовный материал хирургов Проект выполнил: Дюдин Михаил Денисович, ученик 10А класса Руководитель проекта: Краснова Анастасия Александровна, преподаватель химии Новосибирск, 2021 Содержание
8. Список литературы ………………................................................ 9. …………………………………………………………… 1. Цели и задачи проекта Неоспоримая релевантность моей исследовательской работы заключается в демонстрации значимости развития и изменения химического состава хирургических нитей, их рассасывающих свойств для развития медицины и сохранения человеческого здоровья. Шовные материалы являются неотъемлемой частью одной из наиболее значимых областей медицины - хирургии: почти любое оперативное вмешательство потребует после себя наложения шовного материала. От свойств выбранных медицинских нитей зависит как сам процесс восстановления тканей, так и его последствия. Всего век назад неотъемлемой частью рассасывания швов на ушитой ране являлись невыносимые болевые ощущения, высокий риск заражения швов, появление рубцов, однако на сегодняшний день неприятных побочных послеоперационных эффектов можно легко избежать. Основные цели моей работы - проведение исследования шовных хирургических материалов и их свойств, выявить ряд химических реакций, обеспечивающих механизм действия рассасывающихся шовных хирургических материалов, исследовать их влияние на организм человека; а также продемонстрировать стремительность прогресса развития области медицинской науки на примере шовных материалов; провести классификацию хирургических нитей и выявить ряд основных различий между существующими шовными материалами; и, наконец, убедиться в состоятельности гипотезы о наличии у хирургических нитей способности рассасываться в организме человека. Для достижения поставленных целей мне необходимо выполнить ряд задач: - Реализовать эксперимент по растворению шовных материалов в различных средах: (раствор NaCl, раствор HCl, NaOH); - Испытать механизм действия рассасывающихся шовных материалов на слизистой ткани. - Провести полный литературный обзор темы; - На основе полученной в ходе проведения литературного обзора и практической части информации, составить соответствующий вывод о биодеструктивных свойствах растворимого материала. 2. Литературный обзор темы «…Было бы ошибкой рассматривать историю хирургии, да и историю медицины вообще, как хаотическую смену различных «находок» — способов и методов, теорий, учений, научных направлений, вызванную то ли волей случая, то ли прихотью судьбы». М.Б.Мирский. Исторический путь хирургии неразрывно связан с историей развития как медицины, так и человечества в целом. Посему события, происходящие в человеческом обществе, неизменно повсеместно отражались на развитии хирургического мастерства -- стоило наступить период расцвета, и непременно отмечалось бурное развитие хирургии; если наступала эпоха упадка, то и хирургия замедляла свое совершенствование. Впрочем, неотъемлемой и автономной частью хирургии являются шовные материалы - история их развития столь же многогранна, как и история развития всей медицины. Хирургический шовный материал — нить, используемая с целью соединения тканей с дальнейшим закономерным образованием рубца, с целью способствования процессу эпителизации - самопроизвольного закрытия раны кожи или слизистых оболочек эпителием. Еще за 2000 лет до нашей эры в китайском трактате о медицине был описан кишечный шов с использованием нитей растительного происхождения. В папирусах, возраст которых оценивается в 4000 лет, описано применение древними египтянами льняных хирургических швов при ушивании ран. Впрочем, такой тип нитей уже давно не применяется в современной медицине. С древних времен и по сей день используются только 2 вида натуральных хирургических нитей: кетгут и шелк. Кетгут в качестве шовного материала впервые использовал древнеримский хирург Гален в 175 году до н. э., получив его из подслизистого слоя коровьего кишечника. Использование шелка в хирургии зафиксировано в 1050 году до н. э. Нельзя не отметить и стремление учёных создать идеальный шовный материал на основе паутины: в 1709 году Французское Научное Королевское общество предприняло попытку воссоздания нитей на основе паучьего секрета. Этот материал действительно мог бы выступить в качестве идеальных хирургических нитей в силу своих антисептических свойств и прочности в сравнении с уже существовавшими и повсеместно распространёнными шёлковыми нитями, однако основным препятствием для промышленного получения паутинного шелка в XVIII веке являлась сложность массового разведения пауков. В наши дни интерес к этому материалу потерян по причине появления ряда куда более эффективных и дешёвых синтетических вариантов. Использование синтетических нерассасывающихся хирургических нитей началось с 1927 года, после того как американский химик Уоллес Хьюм Каротерс создал волокно нейлона. В 1930-ых годах на западе создали капрон на основе различных полиэфиров, а в 1956 году получили полипропилен и начали использовать повсеместно его в медицине. 4. Современный шовный материал: Классификация, свойства Хирургические нити можно классифицировать по следующим свойствам: По материалу (натуральные/синтетические); По способности к биодеструкции (рассасывающиеся/условно-рассасывающиеся/нерассасывающиеся); По составу; По толщине; По структуре ..Впрочем, в рамках исследования основной интерес представляли первые три пункта - именно при их анализе удастся без проблем провести анализ хирургических шовных материалов и реализовать практический этап проекта. 4.1. Классификация шовных хирургических материалов по материалу и биодеструкции. На сегодняшний день существует более пятидесяти видов хирургических шовных материалов, однако для формирования рационального вывода в рамках анализа выбранной темы было принято решение проанализировать только наиболее используемые хирургические шовные нити (более 95% оперативных вмешательств, требующих последующего наложения хирургических швов, используют нижеперечисленные шовные материалы). Натуральные рассасывающиеся материалы: 1. Кетгут — изготавливается из ткани тонкого кишечника баранов, из сухожилий быков и крыс, а также некоторых сортов желатина. Нити сортируются по диаметру и стерилизуются. Обладает сенсибилизирующим эффектом. Срок рассасывания кетгута составляет в среднем 8—10 дней. Импрегнация (пропитывание) кетгутовой нити солями хрома (хромированный кетгут) обеспечивает удлинение сроков рассасывания и снижение реакции тканей. 2. Шелк — рассасывается от 6 мес. до 1 года, изготавливается из природных волокон путем разматывания коконов шелковичного червя. 3. Нити льняные – заменитель шелка, превосходят шелковые по стойкости при обеззараживании путем кипячения, легко вяжутся в узлы, достаточно прочны и дают надежный шов. Натуральные нерассасывающиеся материалы: 1. Волос конский – применяют в качестве шовного материала в пластической хирургии, в частности при операциях на лице (рубцы получаются малозаметными) 2. Нити из капрона и лавсана – зеленого цвета, обладают высокой прочностью, устойчивы к стерилизации паром, прекрасно переносятся тканями организма. Нити выпускают в мотках длиной 45м (от №4/0 до №3) и длиной 9м от №4 и выше. Синтетические рассасывающиеся материалы: Синтетические рассасывающиеся хирургические нити имеют ряд достоинств, в частности, они прочнее большинства натуральных, вызывают незначительную реакцию тканей, обладают более длительными сроками рассасывания и потери прочности. К числу недостатков относят необходимость применения узла сложной конфигурации и потерю прочности в узле. 1. Полидиоксанон лишен антигенных или пирогенных свойств и в процессе рассасывания вызывает лишь легкую тканевую реакцию. Это нити ПДО. Полидиоксаноновая нить длительно сохраняет прочность. К 6 неделям ПДО сохраняет до 40-60 % исходной прочности. Полная потеря прочности происходит на 180-210 день. 2. Производные полигликолевой кислоты. Рассасывающиеся прочные нити для среднесрочной поддержки раны, хорошо держащие узел. Не являются коллагенами, не антигенны, не аллергичны, и не токсичны. 3. Полиолефины: полипропилен, пролен (prolene), полиэтилен, суржипро (sirgipro) и суржилен (surgilene). Нерассасывающийся материал, не теряющих своих свойств даже после долгих лет нахождения в организме. Надежный, прочный на разрыв и эластичный. Синтетические условно-рассасывающиеся материалы: 1. Полиэфиры: лавсан (lavsan), мерсилен (mersilene), этифлекс, полиэстер, суржидак (surgidac), дагрофил (dagrofil), этибонд (ethibond), астрален (astralene), тикрон(ti-cron), дакрон (dacron) и терилен (terylene). Нерассасывающийся шовный материал. Гибкий и прочный, хорошо держит узел. Обладает высокими манипуляционными свойствами. 2. Полибутестеры. Нерассасывающийся материал, обладающий превосходной прочностью узла, минимальной травматичностью, устойчив к разволокнению, не вызывающий воспалительную реакцию. Из него сделаны нити новафил (novafil). Синтетические нерассасывающиеся материалы: 1. Проволока – для сшивания кости (при переломах нижней челюсти, подколенника) и в других случаях, когда к шовному материалу предъявляют особенно высокие требования в отношении прочности и стойкости. Для этих целей выпускают проволоку лигатурную из хромоникелевой нержавеющей стали. 2. Клипсы — это миниатюрные металлические зажимы, применяющиеся для перевязки мелких сосудов мозговой ткани (в нейро-и эндохирургии). Изготавливаются из серебряной или танталовой плоской проволоки, принципиально отличающейся от классической хирургической проволоки. 4.3. Свойства шовного материала 1. Манипулятивные свойства. Ряд параметров, определяющий насколько удобно пользоваться нитью. К таким параметрам относятся гибкость и эластичность. Гибкими нитями легче манипулировать и они меньше травмируют ткани. Эластичность нитей - это способность растягиваться вместе с отеком ткани. Не эластичные нити не растягиваются, а прорезают ткань. Нить должна быть в меру эластичной, чтобы с одной стороны придерживать ткани для их заживления, а с другой стороны не прорезать и не травмировать их при отеке. 2. Эффект памяти. Способность или неспособность нити возвращаться в исходное состояние после растяжения. Нить без эффекта памяти способна растянуться при отеке раны и сжаться в исходное состояние, когда отек спадет, тем самым, она будет поддерживать ткани в любых случаях. Нить с эффектом памяти растянется при отеке и не сожмется обратно, когда отек спадет, и тем самым ослабит сжатие раны, что может привести к осложнениям. 3. Прочность. Способность нити выдерживать нагрузку при растяжении. Чем прочнее нить, тем большую рану ей можно зашить; чем прочнее материал, из которого изготавливается нить, тем меньший диаметр нити необходим для ушивания раны, и тем менее травматичным окажется процесс наложения шовного материала. 4. Биосовместимость. Это способность шовного материала быть совместимым с тканью и не вызывать отторжение, раздражение тканей и предотвращать воспалительные реакции. Биосовместимые нити не вызывают никаких реакций в организме. 5. Фитильный эффект. Это способность шовного материала захватывать бактерии и микроорганизмы из раны, переносить в здоровые ткани, способствовать развитию инфекции. Фитильным эффектом обладают полинити без покрытия; для мононитей этот эффект не характерен. 6. Биодеструкция. Способность хирургической нити к рассасыванию. По степени биодеградации нити можно разделить на рассасывающиеся, условно рассасывающиеся и нерассасывающиеся. 4.3. Механизм рассасывания нитей и его зависимость от состава и свойств шовного материала Прежде чем провести практическую часть научно-исследовательской работы, были проанализированы химические свойства выбранных для эксперимента материалов: в рамках исследования удалось убедиться в том, что гидролиз, лежащий в основе механизма биодеструкции рассасывающихся нитей, разрушает хирургические шовные материалы в человеческом организме. 1. Викрил Викриловая растворимая нить состоит из этиленциангидрина  , гидролиз которого проходит по следующей схеме:  + H2O =  + NH4HSO4В ходе реакции гидролиза проходит разделение этиленциангидрина на акриловую кислоту и гидросульфат аммония. Оба вещества в рамках полученной концентрации не представляют опасности для человеческого организма. 2. Полиамидные нити - капролактамовые Капролактамовые нити состоят из капролактамовых полимеров, в том числе, из е-амино- капроновой кислоты NH2—(СН2)5СООН. Гидролиз мономера капролактама, который имеет следующее строение:  , проходит по следующей схеме:  Продуктом гидролиза капролактамовых шовных материалов образуется аминокапроновая кислота, не позволяющая окончательно раствориться побочным продуктам реакции, представляющим относительный вред для человеческого организма: именно по этой причине капролактамовые нити относят к числу условно-рассасывающихся. 3. Мерсилен Мерсиленовая нерастворимая нить состоит из полиэтилентерефталата, формула которого - C₁₀H₈O₄  Полиэтилентерефталат является продуктом поликонденсации этиленгликоля C₂H₄(OH)₂ и не подвергается гидролизу в условиях человеческого организма: на сегодняшний день предложен способ низкотемпературного глубокого гидролиза полиэтилентерефталата водными растворами гидроксида натрия или калия с исходной концентрацией 5-12 г-экв/кг при 40-85°С в бисерной мельнице вертикального типа с высокооборотной лопастной мешалкой и стеклянным бисером в качестве перетирающего агента в массовом соотношении с загрузкой (2÷3):1. Фактически, материал не подвергается гидролизу и сохраняет свои свойства, пребывая в организме даже более 100 дней: даже за столь4. Кетгут В основе процесса биодеструкции кетгута лежит не только гидролиз, но и ферментативное разложение. Основной группой биодеструктивных ферментов натуральных нитей выступают протеолетические ферменты, к которым относится, например, пепсин:  При воздействии пепсина на белок происходит разрыв (гидролиз) пептидной связи между аминогруппой ароматической аминокислоты и карбоксильной группой моноаминодикарбоновой кислоты (аспарагиновой, глютаминовой). Действует пепсин также и на некоторые иные пептидные связи. Так как кетгут - материал исключительно органического происхождения, созданный из серозной ткани желудка крупного рогатого скота, пепсин значительно ускоряет процесс биодеструкции его белковой структуры. Уравнение ферментативного гидролиза имеет комплексное уравнение:  Главный вывод, который можно сделать при анализе вышеуказанной схемы - в ходе ферментативного гидролиза пепсина, выступающего в качестве образца фермента протеолетической группы, происходит неизбежная денатурация любых белковых структур. Кетгут - не исключение. 4.4. Применение шовных материалов в разных областях медицины в зависимости от их свойств Наиболее распространенное применение шовного материала по областям медицины: 1. Общая хирургия: полипропиленовые; полиуретановые; стальные; рассасывающиеся, любого срока рассасывания. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • высокая износостойкость, благодаря которой срок эксплуатации изделий из этой нити значительно увеличивается; • устойчивость к таким агрессивным веществам, как органические растворители, кислоты и щелочи; • максимальная термоустойчивость; • низкая себестоимость по причине изготовления нитей из вторичного сырья. 2. Травматология: полиуретановые; полиэфирные; полипропиленовые; стальные; рассасывающиеся, с длительным сроком рассасывания. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • высокая износостойкость, благодаря которой срок эксплуатации изделий из этой нити значительно увеличивается; • устойчивость к таким агрессивным веществам, как органические растворители, кислоты и щелочи; • максимальная термоустойчивость; 3. Сосудистая хирургия: полиамидные; полиуретановые; Полипропиленовые. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • повышенной устойчивостью к износу (этот показатель по сравнению с хлопковыми волокнами выше в 10 раз, с шерстяными – в 20 раз, вискозными – в 50 раз); • сохранением формы в течение продолжительного срока службы (по сравнению с хлопковыми волокнами волокна из полиамида в десять раз больше выдерживают многократных изгибов); • высокой степенью устойчивости полиамидных нитей (ПА) к различным воздействиям, которые могут оказываться химическими реагентами, биохимическими веществами. Поэтому для окраски таких нитей могут использоваться различные красители. 4. Пластическая хирургия: полиуретановые; рассасывающиеся, с коротким сроком рассасывания. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • повышенной устойчивостью к износу (этот показатель по сравнению с хлопковыми волокнами выше в 10 раз, с шерстяными – в 20 раз, вискозными – в 50 раз); • сохранением формы в течение продолжительного срока службы (по сравнению с хлопковыми волокнами волокна из полиамида в десять раз больше выдерживают многократных изгибов); 5. Торакальная хирургия: полипропиленовые; рассасывающиеся, с длительным сроком рассасывания. Эти шовные материалы характеризуются такими свойствами, как: • высокая износостойкость, благодаря которой срок эксплуатации изделий из этой нити значительно увеличивается; • устойчивость к таким агрессивным веществам, как органические растворители, кислоты и щелочи; • максимальная термоустойчивость; • низкая себестоимость по причине изготовления нитей из вторичного сырья. 6. Гинекология: Полиуретановые. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • повышенной устойчивостью к износу (этот показатель по сравнению с хлопковыми волокнами выше в 10 раз, с шерстяными – в 20 раз, вискозными – в 50 раз); • сохранением формы в течение продолжительного срока службы (по сравнению с хлопковыми волокнами волокна из полиамида в десять раз больше выдерживают многократных изгибов); • Полным отсутствием “режущего” механического эффекта. 7. Кардиохирургия: полиэфирные; Стальные. Полиэфирная нить обладает такими преимуществами и положительными качествами, как: • высокая износустойчивость и низкая сминаемость; • прочность, устойчивость к растяжению и неистераемость; • антибактериальность и не поддерживание развития грибков и клещей; • гладкость и особая мягкость; • устойчивость к воздействию кислот, органических растворителей и щелочей. 8. Челюстно-лицевая хирургия: рассасывающиеся, с длительным сроком рассасывания. В этой области хирургии наиболее важным свойством является: • Полным отсутствием “режущего” механического эффекта. 9. Ортопедия: полиэфирные; полипропиленовые; Стальные. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • высокая износустойчивость и низкая сминаемость; • прочность, устойчивость к растяжению и неистераемость; • антибактериальность и не поддерживание развития грибков и клещей; • гладкость и особая мягкость; • устойчивость к воздействию кислот, органических растворителей и щелочей. 10. Офтальмология: полиамидные; Полипропиленовые. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • повышенной устойчивостью к износу (этот показатель по сравнению с хлопковыми волокнами выше в 10 раз, с шерстяными – в 20 раз, вискозными – в 50 раз); • сохранением формы в течение продолжительного срока службы (по сравнению с хлопковыми волокнами волокна из полиамида в десять раз больше выдерживают многократных изгибов); • Полным отсутствием “режущего” механического эффекта. 11. Онкология: полипропиленовые; рассасывающиеся, с длительным сроком рассасывания. К основным требованиям к шовным материалам в этой области хирургии относят: • высокая износостойкость, благодаря которой срок эксплуатации изделий из этой нити значительно увеличивается; • устойчивость к таким агрессивным веществам, как органические растворители, кислоты и щелочи; • максимальная термоустойчивость; • низкая себестоимость по причине изготовления нитей из вторичного сырья. 5. Практическая часть В рамках выполнения практической части моего проекта я провёл ряд опытов: Опыт 1: Определение свойств шовных материалов в разной среде Алгоритм проведения опыта: В три пробирки наливаем растворы HCl, NaCl, NaOH. Для определения pH каждого из растворов используем лакмусовую индикаторную бумажку. Реагент: pH: Раствор HCl [3] – Кислый раствор Раствор NaCl [7] – Нейтральный раствор Раствор NaOH [12] – Щелочной раствор Каждый из растворов был распредёлен по двум пробиркам: в одну пробирку был помещён растворимый шовный материал, а в другую - нерастворимый; в начале эксперимента размер образцов составлял 10 сантиметров. - I Сутки: Первые видимые изменения произошли уже через сутки: в щелочной среде полностью растворился рассасывающийся шовный материал и выпал частично распался нерассасывающийся шовный материал. Следует заметить, что нерастворимый шовный материал так и не растворился до конца даже через месяц после начала эксперимента: в пробирке сохранился осадок в виде крупных хлопьев синего цвета, плавающих в плотном полупрозрачном веществе гомогенного характера. Нерастворимый шовный материал начал сечься на двух концах нити в нейтральной среде. - VII Сутки: Спустя неделю рассасывающийся шовный материал почти окончательно растворился в щелочной среде; значительно уменьшился и образец рассасывающегося материала в нейтральном растворе NaCl. Образец нерастворимого материала в нейтральной среде ещё сильнее рассёкся на двух концах нити. - X Сутки: От растворимого материала в щелочной среде остался лишь едва видимый осадок, в нейтральной среде растворимый образец стал ещё тоньше, в кислом растворе HCl растворимый шовный материал также начал терять свою структуру, постепенно становясь тоньше. Видимых изменений с нерассасывающимся шовным материалом не наблюдается. Вывод: Как и ожидалось, в среде, относительно близкой к человеческой (pH=7), растворимый шовный материал проявил свои классические свойства: уже спустя 10 дней после начала опыта образец достиг критических значений тонкости. В кислой среде эти же свойства также проявились, впрочем, понадобилось для этого значительно больше времени. Для полного растворения рассасывающегося материала в щелочной среде понадобилось около недели, однако наиболее весомые изменения пришлись на первые сутки опыта. Нерассасывающийся шовный распался, но не растворился: даже спустя месяц после начала эксперимента в пробирке пребывали крупные осадочные хлопья. В кислой и нейтральной средах нерастворимые образцы лишь частично потеряли свою структуру на концах нитей. Опыт 2: Определение свойств кетгута в кислой и нейтральной среде. Принципиальным отличием кетгута от других шовных материалов является его органическая основа. По этой причине, для выявления его свойств был проведён отдельный опыт. Два образца кетгута были помещены в кислый и нейтральный растворы... - I Сутки: В кислой среде видимых изменений не наблюдается, в нейтральном растворе образец начал приобретать неравномерный тёмный оттенок. - VII День эксперимента: Кетгут начал терять свою первоначальную структуру, в обеих пробирках на образцах появились изгибы. Оба образца заметно уменьшились в размере. В растворе HCl образец полностью потерял первоначальный цвет, обрёл желто-коричневый оттенок. - X День эксперимента: В растворе NaCl кетгут начал расслаиваться, в пробирке появился видимый полупрозрачный осадок. В растворе HCl кетгут уменьшился до предельных значений и стал хрупким. Вывод: кетгут начал терять свою органическую структуру в двух пробирках уже на седьмой день эксперимента, однако спустя неделю после его начала оба образца, так или иначе, почти полностью потеряли свои первоначальные свойства. Опыт 3: Определение свойств раствторимого и нерастворимого шовных материалов в условиях, максимально приближенных к человеческому организму В рамках третьего опыта практической части моей работы была проведена работа по доведению щелочного раствора NaOH до pH, приблизительно равного человеческому. В качестве оптимального значения водородного показателя было принято выбрать pH=8 - такой показатель является нормальным для слюны, суставной жидкости и, в некоторых случаях, для крови. Для подведения раствора к необходимому значению были проведены расчёты, приложенные ко вложению (рис. ), а также титриметрический анализ (график - рис. ). Полученный раствор обладал удовлетворительным значением pH, а также проявил свойства, соответствующие человеческой органической среде: Опыт 4: Определение свойств расвторимого и нерасвторимого шовных материалов на живом типовом субъекте В рамках заключительного этапа практической части было принято решение провести эксперимент непосредственно на живом субъекте. На складку слизистой моей ротовой полости было наложено два шва из расвторимого и нерастворимого шовных материалов. I Сутки: VII Сутки: ((( Необходимо заметить, что перед определением pH кислой среды и перед её использованием в следующем опыте было проведено повышение pH до уровня, максимально приближенного к человеческому: 1 г/см3. ))) 6. Сравнительная характеристика шовных материалов 7. Заключение 8. Список литературы |
