4.1. Общие сведения о биополимерах и полимерах медицинского назначения

Высокомолекулярные соединения, как отмечено выше, играют очень важную роль в существовании на Земле жизни в любых ее проявлениях. Полимеры, из которых построены клетки живых организмов и межклеточное вещество, связывающее их между собой, принято называть биополимерами. Следует подчеркнуть, что биополимеры играют определяющую роль в существовании и субклеточных форм жизни, например, вирусов. К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и так называемые смешанные биополимеры, содержащие в полимерной цепи звенья различной химической природы. Например, гликопротеиды содержат звенья аминокислот и сахаридов, липопротеиды — звенья аминокислот и жирных кислот с длинной углеводородной цепью и т.д.

Функциональная роль ВМС в живых организмах имеет очень широкий спектр — от структурной до информационной. Так, белки могут служить материалом для формирования тканей организмов (коллаген составляет основу соединительной ткани, актин и миозин — мышечной), катализировать биохимические реакции (ферменты), регулировать процессы в организме (гормоны), играть защитную роль и выполнять множество других функций. Основное назначение дезоксирибонуклеиновых кислот — информационное, т. е. передача генетической информации из поколения в поколение при клеточном делении. Рибонуклеиновые кислоты тоже участвуют в этом процессе.

Полисахариды, как и белки, могут играть структурную роль (целлюлоза)

могут служить резервными питательными веществами (крахмал, гликоген, формула которых представлена на с. 105) обеспечивать специфические свойства поверхности клетки (например, антигенные полисахариды микроорганизмов), а также защищать организм в целом (камеди и слизи растений).

Естественно, что при таком многообразии и важности функции ВМС в жизни организмов, они представляют огромный интерес не только для исследователей, но и для практиков, работающих в медицине и биологии. Самое главное, что понимание их роли и механизмов функционирования невозможно без учета их полимерной природы. В частности, уникальные свойства биополимеров во многом определяются существованием их макромолекул в упорядоченной конформации, которая фиксируется слабыми внутри-молекулярными взаимодействиями (водородные связи,

Химическая структура крахмала и гликогена.

гидрофобные взаимодействия). При разрушении этой нативной конформации под действием повышенных температур или определенных химических веществ происходит так называемая денатурация, т. е. переход от упорядоченной конформации к конформации статистического клубка. Как правило, это процесс необратимый. Только в редких случаях возможна ренатурация биополимера. Поэтому биополимеры представляют собой объект исследования и моделирования для специалистов, работающих в химии высокомолекулярных соединений.

Наряду с природными полимерами огромный интерес с точки зрения их исследования и использования в медицине и биологии представляет собой и значительное число синтетических полимеров. Этот интерес определяется многообразием их свойств, как в конденсированном состоянии, так и в растворах. Многообразие свойств открывает широчайшие возможности применения полимеров во всех областях медицины, биологии, биохимии, иммунологии и других смежных с медициной дисциплинах, начиная от предметов медико-технического назначения до сложнейших систем иммунохимического анализа или активных (т. е. переносящих кислород) кровезаменителей.

Основное внимание в настоящей главе уделено использованию полимеров в медицине. Особенности таких полимеров и изделий из них заключаются в том, что прямо или опосредованно они находятся в контакте с биологическими средами живого организма и могут с ними взаимодействовать. Характер и возможные последствия взаимодействия в каждом конкретном случае должны быть тщательнейшим образом изучены до того, как тот или иной полимер будет допущен к практическому использованию.

По степени и характеру взаимодействия с тканями и биологическими средами организма полимеры, используемые в медицине, можно условно разделить на три большие группы.

1. Полимеры медико-технического назначения, имеющие ограниченный и опосредованный контакт с тканями организма. В эту группу входят полимеры для изготовления деталей медицинских приборов, предметов ухода за больными, упаковок лекарств и пр.

2. Полимеры, предназначенные для введения в организм и пребывания в нем в течение достаточно длительного срока (от нескольких часов до нескольких лет). Полимеры этой группы могут быть разделены на две подгруппы: полимеры, вводимые в организм оперативным путем или с помощью инъекций, и полимеры, вводимые перорально, т. е. через рот.

3. Полимеры, имеющие непосредственный контакт с биологическими средами организма в качестве функциональных узлов медицинских аппаратов, таких, как искусственное легкое, искусственная почка, аппараты для гемодиализа и др.

Полимеры каждой из перечисленных групп должны отвечать определенным требованиям.