Электрические явления на поверхности полимера - биосовместимость - полимеры медицинского назначения
Sawayer и сотр. [21, 22] выдвинули версию физико-химической конструкции слоев крови. Она сводится к тому, что на внутренней поверхности стенок кровеносных сосудов расположены мельчайшие поры диаметром 2—5 нм, которые сообщаются между собой последовательно или параллельно. Поверхность стенки сосуда и микропор покрыта бинарным электрическим слоем толщиной до 1 нм и имеет отрицательный электрический заряд, достигающий—10 мВ и даже—15 мВ. Возникновение заряда обусловлено аминогруппами, карбоксилом, сульфотолильными и другими группами, образующими поверхность клеток, а также адгезированными на этой поверхности сульфатными группами, хлором, фосфатными и другими группами. Что же касается интимы кровеносных сосудов, а также поверхности эритроцитов и тромбоцитов, то все они, будучи отрицательно заряженными, взаимно отталкиваются и, следовательно, препятствуют адгезии.
По описанной гипотезе был поставлен следующий эксперимент. Через трубку из нержавеющей стали с отрицательно заряженной внутренней поверхностью, а также через трубку из отрицательно заряженного полисульфированного полистирола пропускали поток крови. Наблюдался антикоагуляционный эффект. Кроме того, Murphy и сотр. [23] сообщали об антитромбогенном эффекте при контакте крови с отрицательно заряженной поверхностью синтетического электрета типа тефлона или поливиниленфторида, который либо прессовали при высоком давлении с последующей электризацией, либо подвергали интенсивному радиационному облучению, наводя на его поверхность электрозаряд того или другого знака.
Мы тоже экспериментировали в этом направлении- эффект удавалось получить далеко не всегда, и результаты не были стабильными. По всей вероятности, малая воспроизводимость результатов обусловлена либо временными изменениями поверхностного заряда электрета в потоке крови, либо неравномерностью и перепадами в распределении зарядов по участкам поверхности. Вообще очень трудно остановиться на мысли, что только отрицательный заряд участвует в предотвращении тромбоза на поверхности полимерного материала.
Когда жидкость протекает по касательной к твердому телу, та ее часть, которая непосредственно соприкасается с твердой поверхностью, в силу своей вязкости дифференцируется на несколько молекулярных слоев и фиксируется на этой поверхности. Иначе говоря, образуется фиксированная или адсорбированная фаза. Следовательно, между протекающей жидкостью и поверхностью твердого тела создается перепад электропотенциалов, обусловленный неравномерностью распределения ионов и молекул. Эту разность потенциалов принято обозначать через и называть дзета-потенциалом. Корреляция между поверхностным динамическим электричеством и тромбообразованием на полимере привлекает внимание достаточно давно.
Еще в 1950 г. Horan и сотр. [24] пропускали через стеклянные капилляры потоки крови, плазмы и других жидких сред и измеряли потенциал течения. На основании полученных результатов определяли величину дзета-потенциала. Расчеты проводили с использованием формулы Гельмгольца — Смолучовского:
где: г] — коэффициент вязкости- К — удельная проводимость, Е — электрический потенциал потока жидкости, перемещающегося под давлением Р- D — диэлектрическая постоянная.
Сопоставление всей плазмы крови целиком и маркированных растворов различных белков дало веские основания говорить о том, что вещества, откладывающиеся на капиллярах (с стеклянным или с силиконовым покрытием), — это фибриноген и глобулин или же оба белка. Общий дзета-потенциал крови составляет, как известно, — 6 мВ- у плазмы крови этот параметр достигает —10 мВ. Такое расхождение рассматривают как связанное с эритроцитами и гемоглобином. При смешивании с гепарином дзета-потенциал смещается в отрицательную сторону, но в отношении альбумина подобного эффекта не наблюдалось. Такая закономерность весьма интересна.
Как говорилось выше, Мацумото и сотр. [19] тщательно исследовали корреляцию между смачиваемостью материала и его тромборезистентностью. Одновременно они определяли дзета-потенциал. Их выводы можно резюмировать следующим образом. Уровень дзета-потенциала свидетельствует об отрицательной заряженности почти всех полимеров, однако взаимокорреляция этого параметра со смачиваемостью весьма невелика. Таким образом, оценка антитромбогенности полимера, базирующаяся только на значении его дзета-потенциала, представляется шаткой и весьма затруднительной.
Сато и сотр. [25] выполняли трубки из тефлона и тетрона с отрицательным дзета-потенциалом. На внутренней поверхности этих трубок выращивали клеточную культуру и определяли дзета-потенциал поверхности последней. На рис. 69 показана схема устройства, собранного специально для определения потенциала в трубке из полимера, покрытого клеточной культурой. Результаты измерений представлены графически на рис. 70. Из графика видно, что, если образец из полиуретана с наклеенной на него облаткой из тетрона вымочить в культуральной жидкости, содержащей сыворотку крови коровы, то отрицательный электрический заряд исчезнет, а на поверхности полимера, где выращивали культуру, полярность изменится с возникновением положительного потенциала.
Рис. 69. Общая схема установки, собранной для измерения электрического потенциала течения в полимерной трубке, на внутренней поверхности которой выращена культура клетки [2].
Рис. 70. Зависимость давления жидкости от электропотенциала течения в различных медицинских материалах. Градиент прямых пропорционален дзета-потенциалу [25].
1 — клеточная культура на тетроне- 2 — ПВХ- 3 — полиуретан с покрытием из 30% композиции НВ- 4 —тетрон- 5 — полиуретан- 6 — полиэфир- 7 — тетрон, вымоченный в культуральной жидкости.
По отношению к воде стекло имеет отрицательный дзетапотенциал, а парафин — нулевой. Именно здесь лежит объяснение того, что на поверхности раздела между стеклом и кровью концентрируются положительно заряженные составляющие и легко группируются вещества, которые инициируют коагуляцию крови. Отсюда же понятно и то, что при контакте с парафином коагуляционный процесс, наоборот, замедляется. Все это так, но тем не менее практически нереально истолковывать сложнейший механизм тромбообразования, исходя только из электрических явлений на поверхности полимера. По всей вероятности, надо двигаться не по пути изучения специфики каждого отдельного материала, а углублять и совершенствовать методику исследований тромбообразования в аспекте его химизма.
