外科整形与组织修复材料

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资源描述

1外科整形与组织修复材料主要内容:1、人工骨和人工关节2、整容材料3、眼科材料4、齿科材料2高分子材料在齿科、骨科和整形外科上的应用已有相当长的历史了。甚至可以说,齿科材料、人造骨及整容材料的出现是高分子材料在医学领域应用的起点。外科整形材料包括装饰修补材料和体内填补材料,主要用于外伤、疾病及发育不全引起的组织缺损或修整。随着生命科学的快速发展,在材料学中引入生物学和医学思想,使医用高分子材料在外科整形中发挥越来越大的作用。3骨骼是人体的支架。它具有保护体内的脑、心、肝、脾、肺及盆腔内诸器官、支持体形、承受体重的作用,并作为肌肉收缩和活动时的杠杆,通过关节而产生各种运动。人体骨骼由206块骨头组成。可分为颅骨、躯干骨和四肢骨三大部分。各骨端借助韧带、关节连接起来构成骨骼。骨骼象其它活动组织一样,也有其生长、发展和衰老的新陈代谢过程。1、人工骨和人工关节4人体骨骼示意图5高分子材料在骨科的应用和研究有很长的历史。1850年已有人用硫化橡胶作为下颚骨和头盖骨;1894年有人用赛璐珞制成头盖骨,但组织刺激性强,而且有人提出了在它的埋植体周围发生恶性肿瘤的报告。1.1发展历史61939年德国用聚甲基丙烯酸甲酯制成人工头盖骨,之后出现了常温聚合型的甲基丙烯酸甲酯树脂,在第二次世界大战中,用此材料做人工头盖骨的实例很多。聚甲基丙烯酸甲酯对组织的刺激性小、比重轻、机械性能好、成型加工容易,还是比较理想的。但使用前要注意它的单体是否已完全聚合并应严加消毒。71949年曾经出现过用尼龙制的人工骨在肩、臂、指关节、股关节等处应用。但因尼龙对人体组织的刺激性很大,现已不采用。1963年英国研究出用高密度聚乙烯作为人工股关节的窝部,而用金属制成在窝部转动的关节头,但由于金属对聚乙烯的磨损比较厉害,后来在金属关节头的表面附上一层陶瓷。作为人工关节的窝部材料,也曾试用过聚四氟乙烯等。但因为关节转动时磨损量多,磨损的碎屑对关节周围刺激作用强,临床上也是一个难题。8上世纪70年代,有人用聚氯乙烯、聚四氟乙烯等表面发泡材料作为人工骨应用于临床,发现它与人体组织适应性较好。还有人将一种发泡的氧化铝陶瓷浸在环氧树脂中制成增强的复合材料,作为人工骨应用于临床。9近年来,可吸收聚合物材料也已应用于制备骨内固定器材。聚乳酸及其共聚物最早被应用于制备骨固定板、骨钉,并己用于临床。近年来,正在开发一些新型的高分子材料用于制备骨内固定器材。10如Polyactive(商品名)是一种由聚环氧乙烷和聚对苯二甲酸丁酯(PBT)组成的弹性嵌段共聚物;由ε-己内酯与磷酸乙烯共聚物与聚乳酸共混制备骨固定器材。111、优点高分子材料作为骨科材料有很多优越性:如比重轻、成型加工容易、价廉、在体内老化与腐蚀性小。2、注意事项高分子材料作为骨科材料耐磨性差;在加工制作中还必须注意聚合反应的完全;即使材料本身已是化学稳定的,埋入组织后,仍有可能发生周围组织因代谢不全而坏死的现象。1.2高分子材料用作骨科材料的优点及其注意事项12同时人工骨与生物体骨愈合时,当承受过重外力的情况下,又会发生骨吸收现象而造成与人体骨的脱离。在这里高分子材料与生物组织的物理化学、生物化学方面的相互影响,也必须进一步积累动物试验与临床试验的数据,而进行更深入的研究。131.3应用实例因肿瘤、骨性关节炎、类风湿性关节炎、先天性发育异常以及外伤等造成关节严重病损时,无论关节大小,如髋关节、肩关节、肘关节、膝关节、腕关节、掌指关节、指间关节、踝关节、趾间关节等,均可考虑用人工关节来代替病损的关节。股骨、肱骨、胫骨等缺损或严重病变时,亦可用人工骨来代替。14人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体,以替代病变或损伤的关节并恢复其功能。用作人工关节的材料必须满足:生物相容性好;生物力学相容性好;生物结合性能好、固定好;寿命长,一般设计寿命约为20~50年。现有人工关节材料主要有金属材料、陶瓷材料、有机高分子材料及复合材料。15用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯和超高分子量聚乙烯等。硅橡胶主要用于指关节和肘关节等。但硅橡胶假体易疲劳折断,机械性能的维持时间短;另外,生物相容性差,磨损颗粒可引起异物反应。聚乙烯是最早被用于人工关节的高分子材料。目前超高分子量的聚乙烯在人工膝关节、人工髋关节等方面已获得成功,较好地解决了人工关节的摩擦磨损问题,延长了使用寿命。16但长期随访病例显示,由于晚期磨损严重,造成人工关节出现晚期松动现象。虽然目前认为聚乙烯磨损碎屑是影响人工关节使用寿命的最主要的因素,但仍缺乏理想的替代材料。17人造膝关节18人工膝关节的研制至今还不够成熟。人工膝关节目前多采用不锈钢和高强度塑料制成。分为全金属人工膝关节、金属-塑料人工膝关节等。人工指关节应用已较广泛。有用硅橡胶,亦有用聚丙烯或用网状涤纶增强的硅橡胶制作指关节的。19聚丙烯人工指关节20人工关节的长久固定是十分重要的。在固定人工关节时,常用到粘固剂。常用粘固剂是聚甲基丙烯酸甲酯类高分子材料。这种粘固剂采用粉状固体与液体分装的形式。固体常为聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物,并含有微量的过氧化苯甲酰。液体常为甲基丙烯酸甲酯单体,以及少量的氢醌,N,N-二甲基对甲苯胺。21使用时将粉剂与液体混合,迅速搅拌,反应甚为剧烈。稍待几分钟,趁其尚未完全固化时,迅速将该聚合物塞入骨髓腔中,待固化后,就能将人工关节的长柄固定于骨髓腔中。骨粘固剂凝固过程很快,总共十几分钟便完全固化,粘固作用是相当强的。22粘固剂优点虽多,但也存在一定的缺点,主要问题是在聚合过程中会放出热量,温度最高可达90℃,这就容易造成周围活组织的热坏死。存在的另一个问题是在聚合过程中,单体并不全部参加反应,总有一小部分会立即挥发。因此在使用这类粘固剂时,一要积极采取降温措施,二要尽量减少单体用量。232、整容材料由于外伤、疾病或发育不全而引起的组织缺损,以及纯粹是出于化妆要求而需要的容貌修整,很早以前就采用橡胶、石蜡等材料进行修补,以恢复部分功能或达到美容要求。高分子材料在这一领域也占了主导地位。24作为人体的修补材料,必须具备下列条件:①对皮肤、粘膜没有刺激性,最好能与皮肤、粘膜那样有一定的柔软性并保持一定强度;②容易加工成所要求的复杂形状;③耐水、耐汗、耐唾液、耐溶剂,有一定的耐热和耐寒性;④易染色;⑤质轻并易于清洗等。252.1体外装修材料这种材料用于外伤、肿瘤手术切除及发育不正常的面部、四肢的部分缺损修补。对面部的修复,一般不具功能,仅以恢复患者的外容为主。如用聚氯乙烯、硅橡胶等制成与皮肤色泽相似的假耳、假鼻,可用粘结剂粘结在缺损的部分。26对四肢的缺损,除外形外,还需恢复一部分功能。如用聚甲基丙烯酸甲酯制成的假足,能穿上鞋支撑体重行走,过去用这种材料制成的假手,主要起装饰作用,没有什么功能。27假肢根据动力来源可分为自动假肢和动力假肢两大类。前者靠残存肢体的动作为引动力,由假肢上灵活的关节联动装置进行运动;后者由电力、油压等外加力的配合进行运动,装置比较复杂。282.2体内填补材料对外伤或病态的鼻、耳变形,颜面变形,对乳房发育不全或身体某一部位的瘪陷(如鼻梁凹塌),可以用高分子材料的体内埋入加以填充修补。下面将按材料的类别来分别阐述。29(1)聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷是应用较多的一种医用高分子。在它没有交联时,具有一定的流动性,可以用注射法填入人体内需要填补的部位,作为人工脂肪起到整容作用。由于它热稳定性好,在人体组织内长期不变形,不与组织起生物反应,用于体内填充修补,效果较好。30另一种是室温硫化的硅橡胶,在使用前先在树脂中加入固化剂,用注入器注入需要填充的部位后,固化成软固体,起人工软骨的作用,如注入鼻部使其高挺。也可以把聚二甲基硅氧烷先交联成高弹性的橡胶块,作为软肋骨的代用品,或用手术把发育不全及外伤致残的耳朵以这种人工软骨填充,使得从外形上看与正常耳朵没有任何差别。31(2)聚乙烯醇聚乙烯醇可制成透明的粘胶状的流体,可作胸腔充填、乳房充填、脸萎缩充填整形等。它无毒,对人体组织的适应性好。如果用辐照引发聚合的聚乙烯醇,纯度高,更不必考虑到残余引发剂的毒性。把聚乙烯醇和聚二甲基硅氧烷一起制成乳液聚合物注入动物的关节腔内,发现异物反应很少,生物适应性也很好。32(3)聚四氟乙烯聚四氟乙烯制成的塑料称为“塑料王”,化学稳定性特别好,对人体组织的反应性也较小,可制成硬块状、块状,微发泡的海绵状。可用于体内填补材料,也可进行硬组织的充填。33(4)亲水性聚合物对体内埋植用的高分子材料,多用象聚甲基丙烯酸羟基酯及其共聚物这一类亲水性的高分子物质。这是由于这一类物质不仅没有毒性、组织适应性好,而且它的亲水性与人体组织极为相似,进入身体后不易产生异物感,是很有发展前途的。343、眼科材料35在角膜外,可附上一层透明的镜片,代替通常的眼镜以矫正视力;当角膜因病变或外伤而造成损坏时,则可以用人工角膜来代用,使盲人重见光明;更有意义的是人工玻璃体和人工晶状体的研究。363.1接触眼镜如果不戴眼镜能不能达到矫正视力的效果呢?随着透明高分子材料研究和应用的发展,这种设想已经变为现实:即一种直接装在眼睑内、贴在眼球角膜上的透明薄镜片,俗称“隐形眼镜”的接触镜应运而生。37(1)发展历史:早在十九世纪末期,国外就有人采用玻璃片作接触镜,但因易碎、笨重、不舒适而没有发展应用。上世纪四十年代,用合成高分子透明材料-聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)制成接触镜,称为硬接触镜,有了一定程度的应用。但由于是硬性的,贴在眼球角膜上造成痛觉,使人不舒服。而且有机玻璃基本上没有透气性,影响角膜的需氧代谢,不宜久戴。381960年,捷克科学研究院的魏奇泰尔和里姆研究成功一种与生物体有亲和性的亲水性聚甲基丙烯酸羟基酯,用它制成的接触镜是柔软的而且具有吸水性和一定的透气性,称之为软接触镜。39目前已研究出可以戴在眼内一个月或更长时间的接触镜,对治疗水泡性角膜症、角膜干燥症、丝状角膜炎、角膜外伤、热伤、角膜手术后症例以至青光眼等都有良好的效果。然而,如果单纯的作为矫正视力的镜片,由于它的吸水性和柔软性,使得屈光调节的准确度差了一些。所以,对于能够长期装在角膜上的、校正视力的接触镜仍是一项研究的课题。40我国每年使用约500万片角膜接触镜,市场上基本由国外大公司(如博士伦、强生等)瓜分。近年来推出的抛弃型角膜接触镜(周戴和月戴)销量在上升。植入眼内矫正近视眼的镜片美国已在2000年批准上市。国内也有少量临床研究。41(2)材料通常作为软接触镜的聚合物是以甲基丙烯酸羟乙酯和N-乙烯基吡咯烷酮为主要成分的交联聚合体。42现在的软接触镜虽比以前的硬接触镜戴的时期长,但隔一定时间还得取下,以免角膜不适。这主要是因为它的透气性不充分,会影响正常的新陈代谢,严重的还会导致角膜的膨胀混浊。所以改进软接触镜的首要任务是满足它的透气性要求。43装了软接触镜,在眼睛睁开和闭着时,透过镜片到角膜的氧气量是不同的。如眼睛睁开时刚好满足角膜的需氧量,那就不能戴这种接触镜睡觉,不然的话,就会发生角膜缺氧而影响代谢。镜片越薄越有利于氧气的透过,厚度在0.1毫米以下,含水量只要稍高一些,睡觉时也可以戴。44从提高接触镜的透氧性能考虑,用硅氧烷类聚合物效果较好,它的透氧性能比角膜高约3倍,有可能作成连续戴的接触镜。但因为它是疏水的,戴上后异物感强,因此可通过用表面的电弧放电作用、放射线的辐照,把亲水性的基团接枝上去,造成一个亲水性的表面。这样既保持了聚硅氧烷透氧性高的优点,又具有亲水性的特征。壳聚糖具有良好的透气性,且易于着色,可作为软硬接触镜材料。45除了透氧性能以外,目前所应用的接触镜还存在一个易被污染的弊病,即容易吸收烟雾、尘埃和细菌等,需要适时的进行清洗和消毒。对于接触镜还需要解决在佩戴中接触镜的变形、钙化及蛋白质的沉淀等问题。463.2人工玻璃体玻璃体是眼球的主要部分,体积约占眼球的70%,它压住视网膜起保护作用,若由于意外事故使玻璃体受到破坏就要造成失明,加之当眼部由于某些疾病而要进行手术(如晶状体摘除、视网膜剥离、人工角膜)时,都想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