6. Соревнуясь с природой

6. Соревнуясь с природой

Пластмассы и хирургия

Делать разные пластические операции люди умели еще в глубокой древности. Индийские жрецы владели этим искусством за тысячу лет до нашей эры. Если нужно было восстановить поврежденный нос, то вырезали кусочки кожи на лбу или щеке и затем накладывали на поврежденное место. Такие операции, применяемые и современными врачами, очень сложны и требуют большого хирургического умения.

Пластмассы, в частности полихлорвиниловые и полиакриловые пластинки, в определенной мере облегчили работу хирургов. Вырезанные из пластмассы вкладыши хорошо вживаются в ткани организма. Эластичность и легкость обработки пластиков позволяют изготавливать вкладыши любой формы и точно подгонять их к краям поврежденного органа. Обычно в пластмассовых вкладышах делают сквозные отверстия, через которые прорастает соединительная ткань, надежно скрепляя части поврежденного органа.

В Центральном институте травматологии и ортопедии с помощью пластиков исправляют отдельные дефекты лица — заменяют части носа, ушной раковины, глазницы.

Синтетическим клеем — остеопластом, предложенным еще в 1955 г. Т. В. Головиным и П.П. Новожиловым для склеивания осколков костей, пользуются при лечении переломов. Склеивание обеспечивает полное и правильное срастание, а срок лечения сокращается на 10–12 дней.

Хорошая совместимость полиакрилового пластика с соединительной тканью позволяет применять его и для исправления крупных дефектов черепа (в последнее время для таких операций стали применять фторопласт).

Пластмассы широко применяются для приготовления конструкций различных протезов в офтальмологии, травматологии и ортопедии. Из различного вида пластмасс изготовляют протезы пальцев, кистей рук и ног. Мало изготовить протез, чтобы он был похож на собственные пальцы, надо еще его так прикрепить к руке, чтобы искусственные пальцы сгибались, как свои. Было преодолено и это затруднение. Пластмассовые пальцы прикрепляют на оставшихся фалангах.

Протез конечности обычно готовится полым. Пластмассовые протезы — довольно сложные устройства. Так, например, протез кисти представляет собой полую гибкую конструкцию, обеспеченную специальным механизмом для сгибания пальцев.

Протезы рук, подобно собственным рукам, выполняют приказы мозга человека.

Легковесные пластики — пенопласты — позволяют делать протезы, которые легче деревянных или кожаных. Еще в начале 60-х гг. в Центральном институте травматологии и ортопедии подобрана рецептура изготовления легких материалов для протезов.

Часто к врачам-ортопедам обращаются люди с жалобами на боли в ногах, которые не позволяют им быстро ходить. Одни жалуются на боли в голеностопном суставе, другие — в подошве, третьи — около большого пальца. У некоторых боли бывают, в бедре, в коленном суставе, в области поясницы. Нередко причиной таких болей служит плоскостопие. Людям с плоской стопой или с искривлением большого пальца врачи выписывают специальную ортопедическую обувь, особые металлические или кожаные пластинки — супинаторы. Уже изготовляют супинаторы и другие приспособления для лечения этих дефектов из легких и эластичных пластиков.

В восстановительной хирургии теперь все шире применяется фторопласт — пластик, очень стойкий к действию кислот, щелочей, растворов солей. Из него делают эластичные корсеты, надутые воздухом, которые избавляют от лишних страданий больных, особенно при перевозке от места аварии в госпиталь или больницу. Так, например, корсет надевают на сломанную ногу, а чтобы она не сгибалась, его закрепляют специальными медными или алюминиевыми полосами либо скобами, которые удерживают ногу в напряженном состоянии. При тряске пострадавший не чувствует боли потому, что эластичный корсет смягчает и заглушает толчки.

Пластмассы приносят облегчение и людям, теряющим зрение вследствие развития катаракты. При этом заболевании мутнеет хрусталик. Еще сравнительно недавно помутневший хрусталик окулисты заменяли стеклянным. Теперь же их делают из чудодейственного акрилата — АКР-7. Они горазда легче стеклянных, не бьются, прозрачны, не вызывают никаких вредных реакций в глазу, долговечнее и гораздо доступнее стеклянных. Изготовление их настолько просто, что их можно приготовить в любой глазной больнице или амбулатории.

Зубы, которые не болят

Особенно широко стали применять полиакрилат в стоматологии для изготовления искусственных зубов и протезов.

Попытки заменить недостающие или сломанные зубы искусственными восходят к глубокой древности. Еще за несколько веков до нашей эры изготовляли искусственные зубы из слоновой кости или из зубов разных животных. Такие зубы прикрепляли шелковой ниткой к собственным зубам пациента.

Умели делать древние врачи и искусственные зубы из золота. В этрусских гробницах (этруски жили в Италии за тысячу лет до нашей эры) были обнаружены золотые зубные протезы.

В более поздние времена — в средние века и в эпоху Возрождения — искусственные зубы делали также из слоновой или бычьей кости, прикрепляя их к естественным зубам шелковой нитью или золотой проволочкой.

В середине XVIII века искусственные зубы стали делать из перламутра, а в конце того же столетия были изобретены фарфоровые зубы. Но потребовалось почти полстолетия, чтобы они окончательно вытеснили зубы, сделанные из костей животных.

В 40-х гг. прошлого века было сделано важное изобретение. Чарльз Гудьер нашел способ вулканизации каучука. Отныне твердый и хрупкий каучук стало возможным превращать в гибкую, упругую резину.

Каучук к концу прошлого столетия уже прочно вошел в обиход. Кроме школьных резинок, галош, макинтошей, подтяжек из резины научились изготовлять велосипеды и автомобильные шины, изоляционный материал и др.

Впервые каучуком для протезирования зубов воспользовался француз Делабар в 1848 г., а спустя два года американец Петмен ввел, его окончательно в зубоврачебную практику. Из каучука стали делать зубы и челюсти. Они верно служили людям, потерявшим свои зубы. Но у каучука оказались большие недостатки. Каучуковые протезы поглощают микробов, развивающихся в полости рта, раздражают слизистую оболочку. Поэтому поиски более совершенного материала для искусственных зубов и протезов продолжались.

Появление пластических масс открыло путь к успешному решению поставленной задачи. Однако далеко не сразу удалось подобрать пластмассу, которая удовлетворяла бы всем требованиям. Сначала пробовали применить для зубных протезов целлулоид, но вскоре выявилась его полная непригодность. Протезы быстро изменяли форму, часто ломались, сохраняли привкус и запах камфоры.

В 30-х гг. XX века было предложено делать зубные протезы из фенопластов. Однако и они не оправдали надежд, так как быстро ломались, меняли свою окраску. Неудачи не останавливали исследователей. Ведь у пластиков были все нужные качества: они в несколько раз легче металлов, устойчивы к действию кислот и щелочей.

Появившиеся полиакрилаты привлекли внимание зубных врачей и техников. Полиакриловые пластмассы хорошо окрашиваются в любые цвета, обладают приятным «живым» блеском, в отличие от каучука не поглощают остатков, пищи и микробов, плотно прилегают к мягким тканям. В то же время они эластичны и прочны.

Однако и из этого пластика не сразу удалось получить вполне пригодный для протезов материал. Разрабатываемые одна за другой рецептуры протезного материала не выдерживали испытаний. И только седьмая рецептура удовлетворила медиков и пациентов (АКР-7).

Надо было изготовить материал, который обладал бы нужной прочностью, не разрушался слюной, а также проверить, не будет ли АКР-7 вредно действовать на организм. Из протезного материала сделали вытяжки и добавили их в пищу кроликам, морским свинкам и крысам. У животных не было замечено каких-либо изменений.

Для того чтобы окончательно убедиться в безвредности акрилата для организма, небольшие кусочки пластмассы (примерно 2 г) вводили в подкожную клетчатку кролика и в течение полутора месяцев ежедневно проверяли его состояние. На протяжении всего опыта вес подопытного животного не уменьшился. Не было обнаружено никаких изменений и в его крови. Исследования на животных показали, что акрилаты совершенно безвредны.

Из пластиков делают теперь литые и штифтовые зубы, коронки, съемные протезы. Благодаря тому, что пластмассы сохраняют свой зеркальный блеск и не поглощают микробов полости рта, пластмассовые протезы и зубы могут служить длительное время.

Пластмассы уже почти полностью вытеснили из зубоврачебной практики такие дорогостоящие материалы, как золото, платину, серебро.

В наше время для пломбирования зубов применяются различные цементы, амальгамы из серебра и олова. Однако теперь все чаще стоматологи пользуются новыми препаратами, изготовленными из полимеров. Акриловый пластик хорошо прилипает к кости и тканям. Благодаря этому можно повысить качество пломбирования зубов.

Когда болит сердце

При некоторых заболеваниях сердца необходима операция. При врожденных и приобретенных пороках изменяются клапаны (сужаются, сморщиваются), что затрудняет кровообращение. Попытки удалить митральные клапаны и заменить их трансплантатами из аорты редко давали положительные результаты. Но на помощь пришли полимеры, из которых стали делать искусственные клапаны. Хирурги успешно пользуются митральными клапанами из фторопласта. Они хорошо переносят значительные перегрузки давления и препятствуют поступлению крови из левого желудочка в аорту.

В медицинской практике нередки случаи, когда больное сердце не позволяет делать операцию. Полимеры и здесь пришли на помощь медикам и больным: в клиниках появились аппараты искусственного кровообращения (АИК). Инженеры создали из пластмасс искусственные сердце и легкие.

Пользуясь АИК, хирурги могут проводить операции, связанные со структурными изменениями сердца, не останавливая кровообращения. Хирург может остановить сердце, выключить его из кровообращения, затем уже вскрыть полость и проводить операцию на «сухом» сердце.

Первым аппаратом искусственного кровообращения в нашей стране, созданным в 1927 г. советскими учеными С. С. Брюхоненко и С. И. Чечулиным, был автожектор, в течение нескольких часов успешно заменявший работу живого сердца.

Однако прошло еще почти 30 лет, прежде чем были созданы такие АИК, с помощью которых стало возможным оперировать на сердце человека. Первую такую операцию на сердце ребенка, страдавшего врожденным пороком, сделал 27 ноября 1957 г. академик А. А. Вишневский. В числе первых хирургов, сделавших с помощью АИК сотни операций на сердце, лауреат Ленинской премии профессор Н. М. Амосов. Вот как он описывает операцию в своей клинике: «Мельком взглянул наверх. Кругом сидят наши: врачи, сестры. Даже какие-то незнакомые. Не нравится. Как гладиаторы: смерть и мы. Не смотри. Это все пустяки:

— Давайте приключаться.

Это значит приключать АИК. Одна трубка вводится в правый желудочек — по ней оттекает кровь от сердца в оксигенатор — искусственные легкие. Затем она забирается насосом (это сердце) и гонится по второй трубке в бедренную артерию. По пути еще стоит прибор, который сначала охлаждает кровь, чтобы вызвать гипотермию, а потом в конце операции нагревает ее.

Приключение хорошо отработано, но требует времени. Все идет как по маслу. Трубка в сердце введена без капельки крови. Приятно. Умею. Не хвались, идучи на рать…

— Машинисты, у вас все готово?

— Ну, пускайте.

Заработал мотор… Проверка: венозное давление, оксигенатор, трубки, производительность насоса. Докладывают — нормально.

— Начинайте охлаждение.

Я должен ввести трубку в левый желудочек, чтобы через нее отсасывать кровь, попадающую из аорты, и, самое главное, — воздух, тогда сердце пойдет…

Все сделано и наступает перерыв. Еще минут десять, чтобы охладить больного до 22 градусов…

Только нам совсем нечего делать. Временное затишье перед схваткой. Просто стою и смотрю на сердце. Вижу, как оно сокращается все реже и реже по мере снижения температуры. Оно работает вхолостую — кровь гонит аппарат»[9].

Теперь уже нет, пожалуй, ни одной клиники в нашей стране, где бы не производили операции на сердце с помощью АИК. Этот аппарат в скором будущем станет обязательным на станциях скорой помощи и поможет спасти жизнь людям, пострадавшим при катастрофах и авариях.

Однако АИК не может заменить больное или остановившееся сердце человека на долгий срок. Поэтому ученые и хирурги ищут пути создания миниатюрных протезов сердца, которые можно было бы «вживлять» в организм. За рубежом уже появились подобные протезы на полупроводниках размером с папиросную коробку. Были и удачные попытки «вживления» их на собаках. Одна из подопытных собак прожила с таким сердцем 14 часов. Она ела, настораживала уши, лизала руки своему хозяину, весело виляла хвостом. Иными словами, вела себя так, как любая другая собака с нормальным сердцем.

Видимо, недалеко то время, когда искусственное сердце сможет заменить сердце, созданное природой.

В борьбе за жизнь и здоровье человека хирурги теперь все чаще используют различные «запчасти» из полимеров. В клиниках появилась и искусственная почка. Этот аппарат состоит из тончайших целлофановых пленок с мельчайшими отверстиями. Через микроскопические поры этих мембран не проходят молекулы вредных веществ, загрязняющих и отравляющих кровь, в силу разницы в осмотическом давлении. Очищенная кровь поступает по трубкам из искусственной почки в кровеносную систему больного, а вредные примеси проходят в протекающий по другую сторону мембран аппарата диализирующий раствор.

Очищение крови в искусственной почке обычно продолжается несколько часов. Иногда процесс приходится повторять несколько раз. Аппаратом широко пользуются при острой недостаточности почек, тяжелых отравлениях, травмах, ожогах, нередко и при некоторых инфекционных заболеваниях. Искусственная почка пригодилась и исследователям, изучающим биохимические изменения крови.

На очереди создание портативной и универсальной искусственной почки, которую можно было бы пересаживать вместо больной или утраченной почки. Эта задача по плечу и химикам и медикам.

В хирургической практике хорошо зарекомендовали себя сухожилия из нейлона и лавсана. Использовавшиеся ранее для наложения швов шелковые нитки теперь вытеснили винольные. Эти синтетические волокна рассасываются в организме через определенный срок, они тают в лимфе, как сахар в чае. «Химические» нити можно пропитывать различными дезинфицирующими и лекарственными растворами, а также некоторыми органическими веществами, которые позволяют видеть эти нити с помощью рентгеновских лучей. А это имеет немаловажное значение при полостных операциях.

В клинической практике нередко бывают случаи, когда необходимо удалить часть пищевода или трахеи. Раньше их заменяли трубками из золота или серебра, теперь же артерии и кровеносные сосуды изготовляют из эластичных пластмассовых пленок.

В недалеком будущем хирурги и вовсе перестанут сшивать ткани. Не потребуются и синтетические нити. Они просто будут склеивать их как листы бумаги или куски дерева. Клеем им будут служить синтетические смолы.

Для изготовления искусственных кровеносных сосудов часто пользуются поливиниловыми губками. Это твердый, белого цвета материал, который при размачивании в горячей воде становится мягким и эластичным, как резина. Поливиниловую губку разрезают на тонкие пластинки толщиной 3–4 мм, которые накручивают на гладкую металлическую поверхность цилиндров различного диаметра и кипятят 10–15 минут. Под действием тепла края пластинок «свариваются» и получаются полые трубки нужного диаметра. После охлаждения их снимают с цилиндра.

Искусственные кровеносные сосуды хорошо срастаются с натуральными и не вызывают никаких болезненных явлений в организме. Стенки таких сосудов, наполняясь кровью, пропитываются ею и не кровоточат. Проходят 2–3 месяца и внутренняя поверхность пластмассовых сосудов покрывается клетками эндотелия, как и в естественном кровеносном сосуде.

По новому пути

Редкая операция обходится без переливания крови. При операциях на сердце, легких, при тяжелых ранениях часто необходимо длительное переливание истекающему кровью человеку.

Вместо крови можно вливать плазму и кровезаменители. Кровезамещение после длительных обширных операций, сопровождающихся значительной кровопотерей, по мнению академика Б. В. Петровского, должно производиться не только с помощью цельной крови, а, как показал опыт, за счет кровезаменителей. Все известные до сих пор кровезаменители представляют собой, по существу, плазмозаменители, так как они, подобно плазме, в отличие от крови не переносят кислород в ткани организма, а только восполняют кровяное давление.

Первым кровезаменителем, которым успешно воспользовались хирурги еще в 60-х гг. прошлого века, был 0,85 % раствор хлорида натрия. Позднее были созданы более совершенные солевые растворы (Рингера-Локка, Тироде и пр.), содержащие и другие компоненты, входящие в состав плазмы.

За последние годы появилось несколько препаратов плазмозаменителей из желатины (феррофузин, желатиноль, гемакцель), не нашедшие пока широкого применения.

Однако все они оказывали лишь кратковременное лечебное действие и не могли полностью заменить плазму. Основная причина малой устойчивости этих растворов заключалась в том, что они легко проникали через стенки капилляров (самых мелких кровеносных сосудов) в ткани и быстро покидали сосудистое русло. Замечено, что растворы, содержащие белки, ведут себя по-иному, так как стенки капилляров плохо проницаемы для высокомолекулярных коллоидов. Следовательно, нужно было подобрать в качестве заменителей плазмы коллоидные растворы.

Делались также попытки приготовить препараты из природных коллоидов-белков: плазмы крови коров и быков, лошадей, свиней, из желатины, гуммиарабика, агар-агара, казеина, растительного белка. Но все они не дали желаемого эффекта. Одни оказались токсичными, другие вызывали оседание эритроцитов в крови.

Неудачи с приготовлением плазмозаменителей из чужеродных для организма человека белков побудили ученых обратиться к использованию плазмы и сыворотки человеческой крови. Проведенные советскими учеными (Б. А. Королев, Д. М. Гроздов, Л. Г. Богомолова, Г. Я. Розенберг) клинические опыты во время Великой Отечественной войны оказались удачными, однако снабжение клиник в больших количествах сывороткой и плазмой из-за дефицита человеческой крови практически невозможно.

Успехи химии позволили в конце 50-х гг. создать ряд плазмозаменителей — белковых гидролизатов, которые получают путем гидролиза до аминокислот белка крови животных, а также других белков, например казеина. В состав их входят незаменимые аминокислоты, которые организм сам не синтезирует, а получает извне.

Белковые гидролизаты не токсичны и хорошо переносятся организмом. Их можно вводить в вену или подкожно в больших количествах (до 2 л) независимо от группы крови и долго хранить при комнатной температуре.

Однако при быстром введении белковых гидролизатов у некоторых людей с повышенной индивидуальной чувствительностью организма могут наблюдаться боли по ходу вены, тошнота, головные боли.

Больные гораздо лучше переносят операции, если им вводят белковые плазмозаменители в дооперационном, а затем в послеоперационном периодах. У них нормализуется белковый состав крови и усиливается способность организма противостоять инфекции. К тому же, интенсивнее происходит синтез антител и гемоглобина в крови. Больные прибавляют в весе, у них улучшаются сон и аппетит.

Большие трудности, стоявшие на пути разработки и создания белковых препаратов в качестве плазмозаменителей, привели к появлению в клиниках их более удачливых соперников — полиглюкина, поливинилпирролидона, поливинола, синтезированных из полимеров. У них много достоинств: они долго удерживаются в русле крови, их можно легко изготовить на заводе.

Полиглюкин — 6 % раствор декстрана, имеющего молекулярный вес 60000±10000, был приготовлен в 50-х гг. в Центральном институте гематологии и переливания крови под руководством профессора А. А. Багдасарова.

За рубежом наиболее широкое распространение получил шведский декстран «Макродекс», изготовленный еще в 1945 г. А. Бровеллом и В. Ингельманом. Примеру шведов последовали многие страны: США, Англия, Франция, Польша, где растворы декстрана носят название интрадекса, плаволекса, экспандекса и др.

Клинические испытания показали, что советский декстран-полиглюкин имеет много преимуществ перед зарубежными собратьями: не оказывает влияния на свертывание крови, при его вливании в вену не наблюдается побочных реакций.

В лаборатории академика АМН Н. А. Федорова подопытной собаке начали вливать полиглюкин, после того как она потеряла две трети крови и кровяное давление упало до нуля. Полиглюкин спас собаку.

Довольно долгий период удерживания его в кровяном русле обусловлен относительно большим молекулярным весом, близким по значению к молекулярному весу альбумина крови. Поскольку осмотическое давление полиглюкина почти в 2,5 раза выше, чем у белков плазмы, он долго циркулирует в плазме крови. Молекулы его не накапливаются в организме, а спустя некоторое время расщепляются до глюкозы, которая, в свою очередь, окисляется, превращаясь в углекислый газ и воду. Поведение молекул полиглюкина в организме удалось проследить с помощью меченых атомов. Полиглюкином (как и другими препаратами декстрана) широко пользуются при лечении тяжелых ожогов, травматического шока, при операциях на сердце, заболеваниях печени, обусловленных потерей белка.

Заслуженным признанием пользуется в клиниках синтетический кровезаменитель поливинилпирролидон (ПВП). Кровезаменители в медицине нашли и другое применение. Оказывается, если в молекулы кровезаменителя поливинилпирролидона ввести молекулы того или иного лекарства, то можно регулировать время нахождения его в организме. Химик может укорачивать или удлинять гигантскую молекулу кровезаменителя-полимера. Чем длиннее молекулы подобных лекарственных препаратов, тем больше они циркулируют в крови. Иными словами, время нахождения такого лекарства прямопропорционально длине его молекулы и его молекулярному весу. И еще преимущество. В состав гигантских молекул ПВП можно вводить молекулы не одного, а даже нескольких лекарств, причем в любых количествах и в любом соотношении.

Поливиниловый спирт оказался основой для создания ценного лечебного препарата иодинола, обладающего антисептическими свойствами. Его применяют для лечения гайморитов, отитов, ожогов, обработки ран.

Создание лекарств на основе кровезаменителей открывает новые перспективы в лечении болезней и позволяет эффективнее и полнее использовать целебное действие синтетических лекарств.