Взаимодействие полимера с составляющими крови - полимеры медицинского назначения
Разбор понятия гемосовместимости применительно к синтетическим высокомолекулярным веществам, освещение основных исследований в этой области позволяют сделать заключение, что на современном этапе еще не удалось создать такой полимерный материал, который совершенно не травмировал бы кровь. Любое синтетическое вещество при контакте с кровью так или иначе взаимодействует с ее ингредиентами. Среди комплекса взаимодействий наиболее важными акциями являются, по-видимому, адсорбция и денатурация белка плазмы на поверхности полимерного материала, когезия тромбоцитов и освобождение тромбоцитных факторов. В последние годы в связи с быстрым прогрессом техники анализов, усовершенствованием измерительной аппаратуры и методики измерений начал быстро возрастать объем информации в этой области. Все эти изменения достаточно подробно рассмотрены в последней главе монографии, поэтому здесь не излагаются. В этом разделе лишь реферативно суммированы новейшие сведения о взаимодействии синтетических полимеров, точнее, их поверхности с кровью.
Адсорбция, денатурация и десорбция белка плазмы
Скорость адсорбции белка плазмы поверхностью полимера определяется свойствами последнего, природой белка и внешними условиями адсорбционного процесса. По истечении некоторого времени — от нескольких секунд до нескольких десятков минут — скорость стабилизируется, и количество адсорбируемого вещества (белка) становится постоянным.
При построении изотерм адсорбции белка плазмы крови водными растворами различных веществ (без примесей) получается известный график Лангмюра.
Рис. 29. Изотермы (37 °С) адсорбции альбумина различными полимерами (49).
1 — полиэфир-уретан- 2 — силиконовый каучук- 3 — тефлон.
На рис. 29 приведены такие изотермы для нескольких высокомолекулярных веществ по отношению к альбумину [49]. Из кривых следует, что величина адсорбционного насыщения меняется в зависимости от природы полимера.
Brash и сотр. [50, 51] впервые детально исследовали изотермы адсорбции альбумина, v-глобулина и фибриногена поверхностью различных полимерных материалов. На основании полученных данных были выдвинуты следующие предположения. Любой гидрофильный полимер путем физической адсорбции необратимо формирует мономолекулярный слой белка, т. е. происходит так называемая монослойная адсорбция. Что же касается состояния макромолекулярных цепей гидрофильных полимеров, то они сохраняя первоначальную форму, очень плотно упаковываются в положении «хвост к голове».
Результаты многочисленных исследований, которые проводились уже после работ Brash, показали, что адсорбция белка полимером не является простым, однозначным актом [60]. Прежде всего было констатировано, что адсорбция отнюдь не необратима, и в результате многократного повторения сорбции — десорбции устанавливается динамическое равновесие. Следовательно, варьируя среду реакции, можно достаточно легко инициировать обратимую адсорбцию [56, 57, 58]. Было найдено, что в зависимости от природы полимера имеют место расхождения как в количестве адсорбируемого белка плазмы, так и в скорости процесса [52, 59, 62], а также значительно меняются степень денатурации белковых молекул и величина адсорбционных сил. Одним словом, экспериментальные данные позволяют утверждать, что адсорбция имеет ряд специфических особенностей и протекает избирательно. Вообще гидрофильные полимеры отличаются от гидрофобных тем, что адсорбируют меньший объем белка, причем денатурация же здесь протекает весьма легко и гладко.
В крови различные белки плазмы находятся, как известно, в виде смеси, поэтому необходимо располагать сведениями о том, по какому направлению идет конкурирующая селективная адсорбция белковых веществ. В табл. 19 приведены результаты двух практических работ в этом направлении, осуществленных независимо двумя группами исследователей [52, 53].
Таблица 29. Селективная адсорбция белков плазмы крови различными полимерами и когезия тромбоцитов
В обоих случаях в качестве фторопласта использовали сополимер фтор-этилена с пропиленом, в качестве силикона — полиметилсилоксан медицинского класса чистоты- полиуретан — сегментированный полипропиленгликолем (молекулярная масса 1025). Селективность адсорбции выражали процентным соотношением сорбированных альбумина, улина и фибриногена. Размерность для выражения степени когезии тромбоцитов: ед/20 000 мкм2. Kim и сотр. [52] определяли адсорбцию белков по следующей методике. Приготовляли полифосфатный раствор, в 200 мл которого содержится 50 мг альбумина, 30 мг у-глобулина и 15 мл фибриногена, и вводили его в контакт с полимером на 3 мин при 37 °С. Когезию тромбоцитов определяли способом in vivo в зоологическом эксперименте (на овце). Для контроля эти же исследователи [52] определяли селективную адсорбцию белка прямым измерением непосредственно из крови, и результаты оказались весьма близкими представленным в табл. 29. Lyman и сотр. (53) экспериментировали методом ex vivo с артериальной кровью собаки. Результаты выяснялись после циркуляции крови в течение 1 мин.
Таким образом, и в методике и в условиях обоих экспериментальных циклов существовали расхождения, но тем не менее удалось вывести некоторые общие закономерности, которые могут быть резюмированы в виде двух основных положений.
- Количественная адсорбция белков плазмы не равна отношению их концентраций в крови (или в фосфатном буфере), и это свидетельствует о ярко выраженном избирательном характере сорбционного процесса.
- Селективная сорбция приобретает те или иные характерные особенности под действием природы и специфики полимерного материала. Так, тефлон наиболее легко адсорбируются
фибриноген, тогда как полиуретан склонен к сорбции альбумина.
Причины избирательного характера адсорбции пока еще во многом неясны, однако удалось констатировать одну чрезвычайно важную закономерность, теснейшим образом связанную с процессом тромбообразования на всем его протяжении— от адгезии тромбоцитов до формирования тромба. Закономерность эта состоит в том, что селективная адсорбционная способность разных полимеров по отношению к одному и тому же белку плазмы крови неодинакова и зависит от химического строения этих полимеров. Количество и состав белка, сорбированного в живом организме, претерпевает непрерывные изменения, как мгновенные, так и более медленные. При этом нельзя забывать, что в присутствии гепарина изменения не прекращаются [61].
