KAPITA LUDZKINARODOWA STRATEGIA SPJNOSCI

Podr cznik akademicki wsp finansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spo ecznego, Program Operacyjny Kapita Ludzki,

nr umowy UDA POKL 04.01.01.-00-236/08Przygotowanie i realizacja kierunku in ynieria biomedyczna studia mi dzywydzia owe

KAMILA ELECHOWSKA

GDASK 2014

I SPECJALNEGOPRZEZNACZENIA

MATERIAYBIOZGODNE

PRZEWODNICZCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDASKIEJ Janusz T. Cieliski

RECENZENT Tadeusz Pako

REDAKCJA JZYKOWA Agnieszka Frankiewicz PROJEKT OKADKI Katarzyna Olszonowicz

Wydano za zgod Rektora Politechniki Gdaskiej

Oferta wydawnicza Politechniki Gdaskiej jest dostpna pod adresem http://www.pg.edu.pl/wydawnictwo/katalog zamwienia prosimy kierowa na adres wydaw@pg.gda.pl

Utwr nie moe by powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposb, bez pisemnej zgody wydawcy

Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej Gdask 2014

ISBN 978-83-7348-546-4

SPIS TRECI

1. OGLNA CHARAKTERYSTYKA MATERIAW UYWANYCH W MEDYCYNIE I LABORATORIACH KLINICZNYCH ................................................................................... 9

2. DEKONTAMINACJA MATERIAW MEDYCZNYCH ..................................................... 12 2.1. rodki czystoci ................................................................................................................. 12 2.2. Dezynfekcja ....................................................................................................................... 14 2.3. Sterylizacja ......................................................................................................................... 15

3. APARATY SUCHOWE I PROTEZY SUCHU ................................................................... 19 3.1. Aparaty suchowe ............................................................................................................... 19 3.2. Implanty wykorzystujce przewodnictwo kostne ............................................................... 19 3.3. Implanty limakowe ........................................................................................................... 19

4. SZKA OKULAROWE, SOCZEWKI KONTAKTOWE I IMPLANTY OCZNE .................. 21 4.1. Rodzaje wad wzroku i ich korekcja ................................................................................... 21 4.2. Soczewki okularowe .......................................................................................................... 22 4.3. Twarde i mikkie soczewki kontaktowe ............................................................................ 25 4.4. Enzymatyczne oczyszczanie soczewek kontaktowych ....................................................... 27 4.5. Soczewki wewntrzgakowe .............................................................................................. 28 4.6. Implanty oczne ................................................................................................................... 28

5. LEKI DO OCZU I SYSTEMY TERAPEUTYCZNE ............................................................... 30 5.1. Leki pynne ........................................................................................................................ 30 5.2. Leki pstae i stae ............................................................................................................ 31 5.3. Systemy terapeutyczne do oczu ......................................................................................... 32

6. MATERIAY STOSOWANE W STOMATOLOGII I PROTETYCE STOMATOLOGICZNEJ .... 34 6.1. Wierta stomatologiczne ..................................................................................................... 34 6.2. Cementy stomatologiczne .................................................................................................. 36 6.3. Wypenienia stomatologiczne. Fotopolimeryzacja ............................................................. 37 6.4. Pasty polerskie ................................................................................................................... 39 6.5. Materiay metaliczne i ceramiczne ..................................................................................... 40

7. CHEMICZNA BUDOWA KOCI. IMPLANTY KOCI METALOWE, CERAMICZNE, Z TWORZYW SZTUCZNYCH, KOMPOZYTOWE ............................................................... 43 7.1. Chemiczna budowa koci.................................................................................................... 43 7.2. Implanty metalowe ............................................................................................................. 44

7.2.1. Stale austenityczne .................................................................................................. 45

6

7.2.2. Stopy na osnowie kobaltu ........................................................................................ 46 7.2.3. Tytan i jego stopy .................................................................................................... 46

7.3. Implanty ceramiczne .......................................................................................................... 47 7.3.1. Ceramika oparta na fosforanach wapnia .................................................................. 47 7.3.2. Ceramika tlenkowa .................................................................................................. 48 7.3.3. Bioaktywne szka i materiay szko-ceramiczne ...................................................... 49

7.4. Implanty koci z tworzyw sztucznych ................................................................................ 49 7.5. Implanty wglowe i kompozytowe .................................................................................... 49 7.6. Modyfikacja powierzchni implantw ................................................................................. 53

8. CZENIE TKANEK. CEMENTY KOSTNE. KLEJE. NICI CHIRURGICZNE ................... 56 8.1. Cementy kostne .................................................................................................................. 56

8.1.1. Cementy akrylanowe ............................................................................................... 56 8.1.2. Cementy wapniowo-fosforanowe ............................................................................ 57

8.2. Kleje ................................................................................................................................... 58 8.3. Nici chirurgiczne ................................................................................................................ 59

9. MATERIAY WRASTAJCE I RESORBOWALNE. MATERIAY BIODEGRADOWALNE .. 61 9.1. Materiay bioaktywne i bioresorbowalne stosowane w chirurgii koci .............................. 61 9.2. Biodegradowalne i bioresorbowalne materiay polimerowe .............................................. 63 9.3. Materiay stosowane na podoa do hodowli tkankowych ................................................. 64

10. MATERIAY STOSOWANE W KARDIOLOGII I KARDIOCHIRURGII .......................... 68 10.1. Naczynia krwionone ..................................................................................................... 68 10.2. Protezy zastawek serca .................................................................................................. 70

10.2.1. Zastawki mechaniczne i polimerowe ................................................................. 70 10.2.2. Zastawki biologiczne ......................................................................................... 71

10.3. Sztuczne serce i pompy krwi ......................................................................................... 74 10.4. Pucoserce ...................................................................................................................... 75 10.5. Rozrusznik serca ............................................................................................................ 75

11. DIALIZA I DIALIZATORY ................................................................................................... 77

12. RODKI KONTORLI POCZ ............................................................................................. 79 12.1. Mechaniczne rodki antykoncepcyjne ........................................................................... 79 12.2. Domaciczny system terapeutyczny ................................................................................ 79 12.3. Transdermalny system terapeutyczny ............................................................................ 80

13. KREW I OSOCZE KRWI ....................................................................................................... 82 13.1. Krew, osocze i skadniki krwiopochodne ...................................................................... 82 13.2. rodki krwiozastpcze ................................................................................................... 84

13.2.1. rodki zastpujce osocze ................................................................................. 84 13.2.2. rodki krwiozastpcze przenoszce tlen ............................................................ 85

14. ROZTWORY DO WSTRZYKIWA. PYNY INFUZYJNE. YWIENIE POZAJELITOWE .. 88 14.1. Rozwory do wstrzykiwa .............................................................................................. 88 14.2. Pojemniki ....................................................................................................................... 89 14.3. Podawanie lekw do wstrzykiwa ................................................................................. 89 14.4. Pyny infuzyjne .............................................................................................................. 89 14.5. ywienie pozajelitowe ................................................................................................... 90

7

15. MATERIAY KONTRASTUJCE DO BADA RENTGENOWSKICH. ARTERIO- GRAFIA, TOMOGRAFIA KOMPUTEROWA ...................................................................... 92 15.1. Promieniowanie rentgenowskie i zasada dziaania kontrastw ...................................... 92 15.2. Materiay kontrastujce do badania przewodu pokarmowego ....................................... 93 15.3. Materiay kontrastujce do badania naczy krwiononych ............................................ 94 15.4. Tomografia komputerowa (TK) ..................................................................................... 95

16. KONTRASTY DO TOMOGRAFII REZONANSU MAGNETYCZNEGO ........................... 97 16.1. Podstawy metody rezonansu magnetycznego ................................................................ 97 16.2. Pozytywne rodki kontrastowe ...................................................................................... 97 16.3. Negatywne rodki kontrastowe ...................................................................................... 99

17. RADIOFARMACEUTYKI. DIAGNOSTYKA SCYNTYGRAFICZNA ............................... 100 17.1. Radiofarmaceutyki ......................................................................................................... 100 17.2. Diagnostyka scyntygraficzna ......................................................................................... 101

18. KAPSUKI, MIKROSFERY, LIPOSOMY ............................................................................ 102 18.1. Kapsuki ......................................................................................................................... 102 18.2. Mikrokapsuki ................................................................................................................ 102 18.3. Nanokapsuki ................................................................................................................. 105 18.4. Mikrosfery ..................................................................................................................... 105 18.5. Liposomy ....................................................................................................................... 107

19. NONIKI LEKW. NANOCZSTKI W MEDYCYNIE ...................................................... 109 20. MATERIAY OPATRUNKOWE .......................................................................................... 113 21. GIPS, OPASKI GIPSOWE. POLIMEROWE OPASKI USZTYWNIAJCE ........................ 116 22. SPRZT MEDYCZNY JEDNORAZOWEGO UYTKU ...................................................... 118 23. WYMAGANE WARUNKI PRZECHOWYWANIA I TRANSPORTU NARZDW

LUDZKICH ............................................................................................................................ 121

24. SPOSB POSTPOWANIA Z ODPADAMI MEDYCZNYMI ............................................. 123

LITERATURA ............................................................................................................................... 124

8

1. OGLNA CHARAKTERYSTYKA MATERIAW UYWANYCH W MEDYCYNIE I LABORATORIACH KLINICZNYCH

Rnorodno materiaw uywanych w medycynie i laboratoriach klinicznych jest bardzo dua. Kady wyrb medyczny wymaga zastosowania materiau odpowiednio dobra-nego do jego przeznaczenia. Poniej przedstawiono podzia i definicje wyrobw medycz-nych na podstawie Rozporzdzenia Ministra Zdrowia z dnia 5 listopada 2010 r. w sprawie sposobu klasyfikowania wyrobw medycznych (Dz.U. 2010, nr 215, poz. 1416). Przez wyrb medyczny rozumie si przyrzd, aparat, urzdzenie, materia medyczny albo inny artyku, ktry jest stosowany samodzielnie lub w zestawie warunkujcym jego waciwe dziaanie do: diagnozowania, zapobiegania, monitorowania bd agodzenia przebiegu choroby,

skutkw urazw albo upoledze; prowadzenia bada, korygowania budowy anatomicznej lub procesw fizjologicznych; kontroli i regulacji pocz.

Na dobr materiau, z ktrego wykonany jest dany wyrb medyczny, ma wpyw kilka czynnikw. Oczywiste jest, e inne wymagania s stawiane wyrobom medycznym niemaj-cym kontaktu z organizmem, a inne tym, ktre s np. wyrobami wszczepialnymi. Jednak w kadym przypadku materia, z ktrego wykonano dany wyrb medyczny, musi mie odpowiednie waciwoci chemiczne, tzn. wykazywa odporno na warunki, w jakich ma by wykorzystywany (np. materia, z ktrego wykonano rurk do podawania tlenu, musi by odporny na utlenianie, materia na strzykawki nie moe reagowa z podawanymi roz-tworami do iniekcji) lub odwrotnie, powinien wykazywa oczekiwan reaktywno che-miczn (np. fotopolimeryzacja wypenie stomatologicznych). W przypadku niektrych materiaw konieczna jest rwnie odporno na dziaanie wysokich temperatur i/lub silnie dziaajcych rodkw chemicznych. Jest to zwizane z koniecznoci wyjaawiania mate-riaw medycznych. Inn wan cech materiau s jego waciwoci mechaniczne, np. twardo, krucho, sprysto, plastyczno, wytrzymao itd. Ponownie posugujc si przykadem rurki do podawania tlenu, trudno sobie wyobrazi, by wykonano j z materiau, ktry jest kruchy i nieodporny na zginanie. Zatem oprcz odpowiednich waciwoci chemicznych materia przeznaczony do wytworzenia wyrobu medycznego musi mie podane waciwoci me-chaniczne. W niektrych przypadkach konieczne jest, aby materia wykazywa cile okrelone waciwoci fizyczne, jak np. cakowita lub selektywna przepuszczalno promieniowania,

10

zdolno do przewodzenia prdu elektrycznego, waciwoci magnetyczne itd. Przykado-wo, soczewki okularowe musz przepuszcza wiato z zakresu widzialnego, natomiast mog mie filtry blokujce promieniowanie ultrafioletowe. Jak ju wczeniej wspomniano, wyroby medyczne mog, ale nie musz mie bezpo-redniego kontaktu z organizmem. Wyroby medyczne niemajce kontaktu z organizmem lub stykajce si z nieuszkodzon skr nazywa si nieinwazyjnymi. Te, ktre w caoci lub czciowo s umieszczane w organizmie ludzkim poprzez naturalne otwory ciaa, przez jego powierzchni lub poprzez sztucznie utworzone wejcie, nazywa si inwazyjnymi wyrobami medycznymi. Do pierwszej grupy nale m.in.: materiay uciskowe, wyroby stosowane w jamie ustnej nie dalej ni w regionie garda (np. wzierniki, szpatuki), sprzt zbierajcy i wyda-lajcy pyny ustrojowe (np. ssaki do odsysania liny), gips, stabilizatory zewntrzne, szka korekcyjne, ele przewodzce czy elektrody nieinwazyjne (np. stosowane do EKG lub przy zabiegach rehabilitacyjnych). Przykadem medycznych wyrobw inwazyjnych jest chirurgiczny sprzt inwazyjny do chwilowego kontaktu (skalpele, cewniki, piy, ssawki, klamry, dreny, igy). Inwazyjne wy-roby medyczne do krtkotrwaego kontaktu to rwnie nici wchanialne, gwodzie ortope-dyczne czy sprzt do podawania insuliny. Inwazyjny sprzt chirurgiczny do dugotrwaego kontaktu to np. implanty stosowane w ortopedii, protezy naczyniowe, implanty stosowane w chirurgii plastycznej. Ze wzgldu na kryterium czasu wyroby medyczne dzieli si nastpujco: do chwilowego uytku naley przez to rozumie wyrb medyczny przeznaczony

zwykle do cigego uytku krtszego ni 60 minut; do krtkotrwaego uytku naley przez to rozumie wyrb medyczny przeznaczony

zwykle do cigego uytku nie duszego ni 30 dni; do dugotrwaego uytku naley przez to rozumie wyrb medyczny przeznaczony

zwykle do cigego uytku duszego ni 30 dni.

Materiay pozostajce w kontakcie z organizmem przez dugi okres musz si charak-teryzowa specyficzn cech: musz by akceptowane przez organizm ludzki. Materiay speniajce ten warunek nazywane s materiaami biozgodnymi lub biomateriaami. S to materiay przeznaczone do wspistnienia z systemami biologicznymi w procesie lecze-nia lub diagnozowania, a take do poprawiania albo cakowitego lub czciowego zastpo-wania tkanki lub narzdu bd do speniania ich funkcji w organizmie. Biozgodno mate-riau definiuje si jako zdolno do speniania zadania z akceptowaln odpowiedzi gospodarza bd te jako spenianie funkcji biologicznych w okrelonym zastosowaniu, w sposb zgodny z przeznaczeniem. Ze wzgldu na pochodzenie biomateriay mona podzieli na naturalne lub sztuczne. Naturalne biomateriay to te, ktre zostay otrzymane z naturalnych rde, bez ich dalszego przetwarzania. Przez sztuczne rozumie si biomateriay otrzymane w wyniku procesu techno-logicznego z surowcw pochodzenia organicznego (naturalnych) lub nieorganicznego. Biorc pod uwag skad chemiczny surowca, z ktrego wykonano biomateria, mona wyrni: biomateriay ceramiczne (czsto nazywane bioceramik); biomateriay metaliczne (nie myli z biometalami, tj. zwizkami metali niezbdnymi

dla prawidowego funkcjonowania organizmu); biomateriay polimerowe (nie myli z biopolimerami, czyli z polimerami wystpuj-

cymi w organizmach ywych, np. polisacharydami);

11

biomateriay wglowe (nie myli z biowglem, tj. wglem opaowym otrzymanym na skutek pirolizy biomasy);

biomateriay kompozytowe (termin biokompozyt jest uywany w kontekcie mate-riaw biozgodnych, ale rwnie w odniesieniu do kompozytw biodegradowalnych, kompozytw otrzymywanych z surowcw odnawialnych, np. pir, drewna itd.).

Materiay biozgodne mog wykazywa bioaktywno, czyli zdolno do przylegania bezporednio do tkanki mikkiej lub twardej, bez tworzenia warstwy poredniej zbudowa-nej ze zmodyfikowanej tkanki. Cecha ta umoliwia narastanie tkanki bezporednio na powierzchni implantu, co prowadzi ostatecznie do jego wrastania, czyli utworzenia tkanki w obrbie porowatej mikrostruktury implantu. Biomateriay mog by bioresorbowalne, tzn. cechowa si zdolnoci rozkadania si na skutek aktywnoci komrkowej, prowadzcej w konsekwencji do czciowego lub cakowitego zaniku biomateriau. Pod pojciem biomateriay mona obecnie rozumie take dziedzin wiedzy zajmu-jc si w sposb zorganizowany badaniami nad otrzymywaniem i charakterystyk mate-riaw farmakologicznie obojtnych, badaniami nad waciwociami materiaowymi tkanek i organw, odtwarzaniem i popraw funkcji w organizmach ywych oraz badaniami nad oddziaywaniem pomidzy organizmem ywym a materiaami syntetycznymi lub natural-nymi. Tak zdefiniowane biomateriay stanowi dyscyplin nauki, ktra wywiera ogromny wpyw na wiele innych obszarw z zakresu inynierii biomedycznej, medycyny, biotechno-logii, materiaoznawstwa, fizyki, chemii, farmacji i innych [11].

2. DEKONTAMINACJA MATERIAW MEDYCZNYCH

Drobnoustroje (mikroorganizmy) to sztucznie okrelona grupa niemajca formalnego charakteru systematycznego, obejmujca drobne (zwykle jednokomrkowe) organizmy. Nale do nich bakterie, pierwotniaki, wirusy, liczne glony, niektre grzyby. Wiele drobno-ustrojw pasoytuje w innych organizmach, w tym u czowieka, wywoujc choroby za-kane. Wyrnia si trzy drogi szerzenia zakaenia w rodowisku szpitalnym: poprzez personel medyczny; poprzez niejaowy sprzt, leki; poprzez zanieczyszczone powietrze, bielizn, rkawice, potrawy.

Postpowanie majce na celu niedopuszczenie do kontaktu z drobnoustrojami, czyli wyeliminowanie wyej wymienionych drg rozprzestrzeniania si mikroorganizmw, na-zywa si aseptyk. Wszystkie wyroby medyczne przed uyciem powinny zosta poddane dekontamina-cji (oczyszczanie, dezynfekcja i sterylizacja), czyli procesowi usunicia lub zabicia drob-noustrojw. Pojcie dekontaminacji obejmuje oczyszczanie (mycie z uyciem detergentu lub preparatu enzymatycznego), dezynfekcj i sterylizacj (wyjaawianie). W zalenoci od stopnia ryzyka stosuje si odpowiedni poziom dekontaminacji: niski poziom ryzyka dekontaminacja polega na zwykym umyciu z uyciem deter-

gentu. Dotyczy to obiektw majcych kontakt ze zdrow, nienaruszon skr lub nie-majcych bezporedniego kontaktu z organizmem;

redni poziom ryzyka dekontaminacja polega na umyciu i dezynfekcji. Dotyczy obiektw majcych kontakt z bonami luzowymi lub uszkodzon skr, ale jej nie-przenikajcych (np. respiratory, cewniki, termometry);

wysoki poziom ryzyka dekontaminacja polega na umyciu i sterylizacji. Dotyczy obiektw wnikajcych do tkanek, jam ciaa, naczy.

2.1. rodki czystoci Do mycia stosuje si zwizki powierzchniowo czynne. Ich cech charakterystyczn jest amfifilowy charakter. Zawieraj w swojej strukturze fragmenty niepolarne oraz polarne. Wyrnia si nastpujce rodzaje zwizkw powierzchniowo czynnych:

13

anionowe: grupa hydrofilowa ma charakter anionw, COO lub SO3. Przedstawi-cielem tej grupy s: myda (rys. 2.1a), siarczany alkilowe (rys. 2.1b), sulfoniany alkilo-benzenowe (rys. 2.1c);

Rys. 2.1. Przykady anionowych zwizkw powierzchniowo czynnych

kationowe: grupa hydrofilowa ma charakter kationw, np. grupa alkiloamoniowa. Przedstawicielem tej grupy s czwartorzdowe sole amoniowe (rys. 2.2);

Rys. 2.2. Przykadowa struktura kationowych zwizkw powierzchniowo czynnych:

a) alkiloamoniowa sl czwartorzdowa; b) czwartorzdowa sl pirydyniowa

amfoteryczne: wasnoci warstwy powierzchniowej pochodz od jonw obojnaczych, ktre w grupie kocowej zawieraj glicyn (rys. 2.3). Przedstawicielem tej grupy jest al-kilobetaina;

Rys. 2.3. Przykadowa struktura amfoterycznego zwizku powierzchniowo czynnego

niejonowe zwizki powierzchniowo czynne: grupa hydrofilowa nie ma charakteru jonowego, np. alkiloglukozydy (rys. 2.4a), poloksamery (rys. 2.4b).

Rys. 2.4. Struktura przykadowych niejonowych zwizkw powierzchniowo czynnych:

a) alkiloglukozyd; b) poloksamer

14

Myda to sole wyszych kwasw tuszczowych, tzn. kwasw o 1218 atomach wgla. m.in. palmitynowego, stearynowego, linolowego, oleinowego. Ze wzgldu na rodzaj wy-stpujcego kationu wyrnia si myda alkaliczne, metaliczne (myda metali wielowarto-ciowych) oraz trietanoloamoniowe. Myda wykazuj bardzo dobre waciwoci zmniej-szania napicia powierzchniowego na granicy faz. Roztwory myde maj charakter koloidalny. Myda s stosowane jako rodki czystoci, delikatne rodki dezynfekujce oraz jako emulgatory. Myda alkaliczne to rozpuszczalne w wodzie myda sodowe, potasowe oraz amono-we. Rozrnia si myda twarde, mikkie (maziste) i cieke. Konsystencja myde zaley zarwno od rodzaju acucha kwasu tuszczowego (jego dugoci oraz liczby wiza niena-syconych) jak i od rodzaju kationu (najtwardsze jest mydo sodowe; potasowe i amonowe s bardziej mikkie). Myda metaliczne to sole wyszych kwasw tuszczowych i metali wielowartocio-wych (magnezu, wapnia, glinu, oowiu). Myda te s nierozpuszczalne w wodzie i wykazu-j sabe waciwoci emulgujce. Stosowane s jako substancje pomocnicze w tabletkach, kremach, maciach, pudrach. Wykazuj pewne dziaanie cigajce i przeciwgrzybicze. Myda trietanoloamoniowe to sole wyszych kwasw tuszczowych (1216 atomw wgla) i trietanoloaminy. S dobrymi emulgatorami; po rozpuszczeniu w wodzie wykazuj sabszy odczyn zasadowy w porwnaniu z mydami alkalicznymi.

Brud w gwnej mierze tworz zwizki o charakterze hydrofobowym. Zwizki po-wierzchniowo czynne jako czsteczki amfifilowe tworz otoczk wok czstki brudu, w taki sposb, e ich grupy niepolarne rozpuszczaj si w fazie niepolarnej (brud), a ich grupy polarne w polarnej wodzie. Powstaje emulsja brudu w wodzie, ktr mona atwo usun z czyszczonej powierzchni. Mechanizm bakteriobjczego dziaania myde polega przede wszystkim na zmianie napicia powierzchniowego. Dziaanie bakteriobjcze tych rodkw uzalenione jest w du-ej mierze od ich skadu oraz od wraliwoci samej bakterii, np. paciorkowce s wraliwe na sole kwasw tuszczowych nienasyconych, natomiast znacznie bardziej oporne na myda bdce solami nasyconych kwasw tuszczowych (stearynowego, palmitynowego, lauro-wego). Jak si okazuje dziaanie bakteriobjcze rodkw myjcych ronie wraz z tempera-tur. Z reguy detergenty typu kationowego dziaaj bakteriobjczo silniej ni detergenty anionowe. Substancje powierzchniowo czynne mog zarwno dziaa na powierzchni bakterii, jak i wnika do jej wntrza oraz obnia napicie powierzchniowe na granicy fazy rozproszonej i rozpuszczalnika. Myda prawdopodobnie dziaaj na powierzchni bakterii. W rezultacie powstaj sole z biakami o odmiennym adunku ni grupa dysocjujca myda. Substancje powierzchniowo czynne mog rwnie tworzy kompleksy z biakami podobnie naadowanymi. W zwizku z takim mechanizmem dziaania efekty bakteriobjcze myde i detergentw w duej mierze zale rwnie od pH rodowiska [20].

2.2. Dezynfekcja Dezynfekcja to niszczenie obecnych w rodowisku drobnoustrojw w celu zapobiee-nia zakaeniom egzogennym. O sposobie przeprowadzania dezynfekcji decyduje epidemio-log szpitalny. Do dezynfekcji stosuje si nastpujce preparaty chemiczne: fenole Lizol, Septyl, Sudol, Izal, Stericol. Stosuje si je gwnie do dezynfekcji urz-

dze sanitarnych. Usuwaj bakterie, prtki, niektre grzyby, nie dziaaj na formy prze-trwalnikowe;

15

zwizki chloru (w rodowisku wodnym dysocjuj do kwasu podchlorawego) pod-chloryny, chloramina, dwuchloramina. Niszcz bakterie, prtki, wirusy, grzyby, cz form przetrwalnikowych. Znajduj zastosowanie w dezynfekcji szka i materiaw za-kanych;

aldehydy: gwnie aldehyd glutarowy m.in. do dezynfekcji materiaw wielokrotne-go uytku (zwaszcza termolabilnych), preparaty: Aldesan, Cidex;

alkohol etylowy 96%; formalina; czwartorzdowe zwizki amoniowe: rzadko stosowane, gdy bakterie Gram-ujemne

atwo nabywaj opornoci na wszystkie zwizki z tej grupy; preparaty zoone:

Lysetol AF dziaa na bakterie, prtki, grzyby, wirusy (m.in. HBV, HIV), zastoso-wanie: instrumenty medyczne;

Gigasept FF dziaanie i zastosowanie jak wyej; Disteryl dziaa na bakterie, wirusy, niektre grzyby, drode, grzyby drodopo-

dobne, zastosowanie: podogi; Terralin dziaa na bakterie, wirusy, grzyby, zastosowanie: podogi, sprzt; Perform dziaa na bazie aktywnego tlenu.

Szczeglnie rodki ostronoci naley zachowa przy posugiwaniu si inwazyjnymi narzdziami chirurgicznymi. Narzdzia tu po zabiegu s umieszczane w naczyniu ze rod-kiem dezynfekujcym (chroni to osoby myjce narzdzia). Nastpnie s myte w zimnej, potem w ciepej wodzie, po czym kierowane do sterylizatorni.

2.3. Sterylizacja Wyjaawianie (sterylizacja) to pojcie oznaczajce niszczenie wszystkich form drob-noustrojw (w tym rwnie form przetrwalnikowych) w okrelonym rodowisku. Jest to termin jednoznaczny wyjaowiony znaczy sterylny (co nie moe by mniej lub bardziej sterylne). Stosowane metody wyjaawiania opisano poniej. Wyjaawianie suchym gorcym powietrzem wyjaawianie prowadzi si w za-mknitych komorach, tzw. sterylizatorach powietrznych. Warunkiem prawidowego prze-biegu procesu jest wysoka temperatura (160180C) i czas wyjaawiania (0,52 h). Gorce powietrze dziaa utleniajco na skadniki komrkowe drobnoustrojw (kwasy nukleinowe, biaka), co powoduje ich inaktywacj i degradacj, a w konsekwencji zabicie drobnoustro-jw. Metoda ta znajduje zastosowanie do wyjaawiania materiaw szklanych, ceramicz-nych, metalowych oraz innych, niewraliwych na wysok temperatur i niezawierajcych wody, jak np. chlorek sodu, talk, tlenek cynku, oleje rolinne. Nie naley wyjaawia t metod przedmiotw z gumy, tworzyw sztucznych, materiaw opatrunkowych i bibuy. Wyjaawianie za pomoc pary nasycona para wodna powoduje hydroliz, a w efekcie denaturacj i koagulacj enzymw oraz innych wanych dla ycia drobnoustrojw struktur komrkowych, co prowadzi do ich zabicia. Wyjaawianie za pomoc pary jest przeprowadzane w autoklawach: 121C (0,1 MPa) przez 2045 min lub 134C (0,2 MPa) przez 7,520 min. Jest to metoda najszybsza, nietoksyczna, najpewniejsza i najbardziej ekonomiczna. Mona w ten sposb wyjaawia wszelkie materiay termostabilne. Dodatek 2% roztworu wodorowglanu sodu (NaHCO3, soda oczyszczona) wspomaga proces steryli-zacji i zapobiega korozji wyjaawianych materiaw. W autoklawach mona wyjaawia

16

rwnie pyny. Pyny umieszczane s w hermetycznie zamknitych pojemnikach (butel-kach, fiolkach). W czasie wyjaawiania wewntrz pojemnikw wytwarza si nadcinienie, ktre moe spowodowa rozerwanie pojemnika. Dowiadczalnie ustalono, e aby do tego nie doszo, pyn nie powinien zajmowa wicej ni 85% objtoci pojemnika. Wyjaawianie promieniowaniem jonizujcym stosowane wycznie w przemyle do wyjaawiania duych partii materiaw wraliwych na wysok temperatur. Mechanizm dziaania promieniowania jonizujcego na drobnoustroje jest rnorodny i nie w peni wy-janiony. Uwaa si, e promieniowanie jonizujce dziaa na kwasy nukleinowe drobno-ustrojw, powodujc mylne podstawienie zasad w czasie replikacji DNA. Powstae zmiany mog uniemoliwia replikacj DNA i w ten sposb powodowa mier komrki. Dodat-kowo promieniowanie to moe powodowa pknicia i ubytki w cianie komrkowej drob-noustrojw. Wyjaawianie przez sczenie suy do wyjaawiania pynw. Stosuje si sczki membranowe o rednicy porw 0,2 m i mniejszej, ktre w czasie sczenia zatrzymuj drobnoustroje na powierzchni sczka. Sczki membranowe s to bony o gruboci 50200 m wykonane z pochodnych celulozy, poliamidw (nylon), teflonu lub poliwglanw. Otrzymuje si je poprzez odparowanie rozpuszczalnika z roztworu polimeru wylanego na gadkie powierzchnie. W rezultacie powstaje sztywna, gbczasta struktura o porowatoci1) okoo 80%. Zalet sczkw membranowych jest to, e nie absorbuj skadnikw sczonego roztworu, nie zmieniaj pH roztworu i nie wydzielaj adnych niepodanych substancji. Membrany wykonane z octanu celulozy, azotanu celulozy (lub ich mieszanin) i poliamidw maj charakter hydrofilowy. Sczki z teflonu, difluorku poliwinylidenu lub polipropylenu s hydrofobowe. Sczki membranowe mona wyjaawia tlenkiem etylenu, a wykonane z teflonu nawet suchym gorcym powietrzem. Wyjaawianie rodkami chemicznymi: aldehyd glutarowy jest aktywny nie tylko w stosunku do form wegetatywnych, lecz

take w stosunku do wirusw oraz przetrwalnikw bakterii i grzybw, unieczynniajc grupy sulfhydrylowe, karboksylowe i aminowe biaek komrkowych. Stosuje si 2% roztwr, o pH 7,58,5, poniewa w tym zakresie aldehyd jest najbardziej aktywny. Roztwr naley zuy w cigu 14 dni. Po tym czasie w roztworze w gwnej mierze wystpuj produkty polimeryzacji aldehydu, ktre nie s aktywne w stosunku do drob-noustrojw. Aldehyd glutarowy nie powoduje korozji metali i nie uszkadza wyrobw z gumy. Dziaa dranico na skr, oczy i bony luzowe;

kwas nadoctowy (Persteril, NuCidex) dziaa silnie utleniajco, powodujc nieodwra-calne zmiany w komrkach drobnoustrojw. Jest aktywny w stosunku do form wegeta-tywnych i przetrwalnikw. Pozytywn cech kwasu nadoctowego jest to, e produkty jego rozkadu s nieszkodliwe; negatywn, e dziaa korodujco na mied i jej stopy, na zwyk stal i elazo galwanizowane. Preparat NuCidex zawiera dodatek inhibitora korozji, dziki czemu mona go uywa do sterylizacji wikszoci sprztw. Po otwar-ciu pojemnika z preparatem naley go zuy w cigu doby;

nadtlenek wodoru 6% sterylizuje niektre urzdzenia medyczne; jego zalet jest to, e po zakoczeniu wyjaawiania materiau nie trzeba przepukiwa wod. Niszczy drobnoustroje na podobnej zasadzie jak kwas nadoctowy. Sabsze dziaanie ma woda utleniona (3% nadtlenek wodoru);

tlenek etylenu (tzw. zimna sterylizacja) wykazuje silne dziaanie bakteriobjcze i wirusobjcze, ktre jest wynikiem alkilowania grup hydroksylowych, karboksylo-

1) Porowato okrela si jako procent objtociowy, jaki zajmuj pory

17

wych i aminowych biaek oraz grup aminowych kwasw nukleinowych drobnoustro-jw. W steniu 50 mg/dm3 niszczy rwnie formy przetrwalnikowe. Wyjaawianie mona prowadzi za pomoc czystego tlenku etylenu lub przy uyciu mieszaniny 10% tlenku etylenu i 90% dwutlenku wgla. Z powodu duej toksycznoci i wybuchowoci proces musi by prowadzony w specjalnym pomieszczeniu z odpowiedni wentylacj. Stosowany jest w przypadku materiaw wraliwych na wysok temperatur (wymaga-na odporno do 5060C). Zalet tlenku etylenu jest zdolno do przenikania przez warstwy tworzyw sztucznych, zwaszcza folie, ktre s stosowane do pakowania sprz-tu i materiaw wyjaawianych t metod. Pakowanie wyjaawianych materiaw przed sterylizacj zapobiega przypadkowemu zanieczyszczeniu po zakoczonym procesie. Ze wzgldu na wysok absorpcj w gumie i tworzywach sztucznych sterylizowane przed-mioty naley wietrzy przez 7 dni;

ozon dziaa silnie utleniajco na skadniki komrkowe drobnoustrojw. Stosuje si ozon wytwarzany z tlenu pod wpywem wyadowa elektrycznych. Proces przebiega w czasie 30120 min w temp. 25C i wilgotnoci 7595%. Produktem kocowym pro-cesu jest tlen. Ograniczenia zastosowa tej metody zwizane s z uszkadzaniem niekt-rych materiaw (lateks, polipropylen) i koniecznoci przeduenia sterylizacji mate-riaw porowatych;

formaldehyd jest gazem niepalnym i niewybuchowym. Jego mechanizm dziaania na drobnoustroje jest podobny jak w wypadku tlenku etylenu. Jest aktywny w stosunku do form wegetatywnych i przetrwalnikowych. Sterylizacja przebiega przy wspudziale formaldehydu oraz pary wodnej o niskiej temperaturze przy zmiennym cinieniu (wie-lokrotne pulsacje pary i formaldehydu), zwykle w nastpujcych warunkach: stenie formaldehydu 25%, wilgotno >70%, temp. 4875C, czas 24 h. W nowych tech-nologiach wyeliminowano zaleno cinienia pary wodnej od temperatury, stosujc w zamian sterylne powietrze. Pozwolio to obniy temp. procesu bez koniecznoci wyduania cyklu. Ze wzgldu na sabe waciwoci penetrujce formaldehyd nie moe by wykorzystywany do sterylizacji przedmiotw o dugoci powyej 1,5 m i rednicy mniejszej ni 2 mm. Niektre tworzywa sztuczne mog w trakcie procesu ulec uszko-dzeniu, a przedmioty z gumy, celulozy i poliuretanu musz zosta poddane procesowi desorpcji formaldehydu po zakoczonej sterylizacji;

nanosrebro to nanoczstki srebra (optymalna wielko to 1,55 nm) w postaci kolo-idalnej. Antybakteryjne i antyseptyczne waciwoci srebra s znane i powszechnie wykorzystywane w yciu codziennym ju od czasw staroytnej Grecji. Nanosrebro stosuje si w procesie sterylizacji strzykawek, rkawiczek, respiratorw, inhalatorw, aparatury do spirometrii i endoskopii.

Wybr metody sterylizacji zaley od wielu czynnikw, m.in. od rodzaju materiau poddawanego sterylizacji, rodzaju potencjalnie wystpujcych drobnoustrojw, klasyfikacji wyrobu i dostpnoci metody. Drobnoustroje wystpujce w rodowisku czowieka rni si wraliwoci na dzia-anie czynnikw fizycznych i chemicznych, co naley bra pod uwag przy wyborze meto-dy wyjaawiania. W zalenoci od stopnia opornoci termicznej wyrniono trzy grupy drobnoustrojw: 1 opornoci: do grupy tej nale bakterie niezarodnikujce, drode i wikszo wirusw;

gin w temp. 100C w czasie 25 min, w temp. 160C w czasie 12 min, w autoklawie w temp. 121C po 1 min;

18

2 opornoci: grupa ta obejmuje drobnoustroje zarodnikujce: laseczki wglika, zgorzeli gazowej; gin w temp. 100C w czasie 510 min, w temp. 160C po 46 min, w autoklawie w temp 121C w czasie 3 min;

3 opornoci: oporno taka charakteryzuje np. laseczki tca, bakterii jadu kiebasianego clostridium botulinum (z wyjtkiem typu E); gin w temp. 100C w czasie 15 h, w temp. 160C w czasie 630 min, w autoklawie w temp. 121C w czasie 512 min.

Do kontroli prawidowego przebiegu procesu sterylizacji stosuje si nastpujce wskaniki skutecznoci sterylizacji: wskaniki fizyczne: termometry, manometry; wskaniki biologiczne: posiewy szczepy bakterii o cile okrelonej opornoci na

dany czynnik w procesie sterylizacji ciepem wilgotnym stosuje si preparat Sporal A (Bacillus stearothermophilus), ciepem suchym Sporal B (Bacillus subtilis);

wskaniki chemiczne: zwizki zmieniajce barw podczas prawidowego procesu ste-rylizacji.

3. APARATY SUCHOWE I PROTEZY SUCHU

3.1. Aparaty suchowe Aparat suchowy to urzdzenie elektroniczne, ktre uatwia syszenie osobom z upo-ledzeniem suchu. Typowe urzdzenie skada si z mikrofonu, wzmacniacza i odbiornika. Mikrofon zbiera sygnay akustyczne (fale dwikowe) z otoczenia i przetwarza je na sygna-y elektroakustyczne. Wzmocnione przez wzmacniacz sygnay elektroakustyczne trafiaj do odbiornika, ktry z powrotem przetwarza je na sygnay dwikowe i kieruje do ucha. Od-biornik ma posta miniaturowego goniczka, ktry umieszcza si w uchu, w pobliu bony bbenkowej. Jednym z najnowoczeniejszych rozwiza jest aparat suchowy wewntrz-uszny i wewntrzkanaowy. W pierwszym przypadku cay aparat znajduje si w uchu, tak e tylko jego fragment jest widoczny w maowinie usznej. Natomiast w drugim przypadku cay aparat znajduje si z kanale usznym i jest praktycznie niewidoczny z zewntrz. W oby-dwu rozwizaniach obudow aparatu dopasowuje si indywidualnie do naturalnego ksztatu ucha. Stosuje si ywice akrylowe z dodatkiem barwnikw, nadajcych obudowie aparatu kolor zbliony do naturalnego odcienia skry.

3.2. Implanty wykorzystujce przewodnictwo kostne Implanty te s rozwizaniem dla osb, z nieprawidowym funkcjonowaniem przewodu suchowego zewntrznego lub struktur ucha rodkowego, u ktrych ucho wewntrzne (li-mak) dziaa waciwie. Implant, wykonany z tytanu, umieszcza si za uchem w koci cza-szki. Implant jest poczony poprzez wspornik z procesorem dwiku. Procesor dwiku odbiera fale dwikowe, wzmacnia je i przetwarza na wibracje mechaniczne. Nastpnie wibracje s przekazywane poprzez wspornik do implantu i dalej przez koci czaszki do ucha wewntrznego. Umiejscawiajc implant bezporednio w koci czaszki, eliminuje si tumicy wpyw skry i tkanki podskrnej na przenoszenie drga. Dziki temu wraenie dwikowe odbierane przez pacjenta jest duo mocniejsze i wyraniejsze.

3.3. Implanty limakowe Implanty limakowe stosuje si w przypadku dysfunkcji wszystkich trzech elementw ucha, tj. ucha zewntrznego, ucha rodkowego i ucha wewntrznego. Urzdzenie skada si z czci zewntrznej, tj. mikrofonu, procesora mowy i przekanika (rys. 3.1a, b) oraz im-plantowanej czci wewntrznej, czyli odbiornika i elektrod (rys. 3.1a, c). Zadaniem mikro-

20

fonu jest zbieranie dwikw i przekazywanie ich do procesora mowy, gdzie s analizowa-ne, a nastpnie w postaci sygnaw cyfrowych przekazywane do przekanika. Przekanik przesya sygnay do zaimplantowanego podskrnie odbiornika. Z odbiornika wychodz przewody elektryczne z rn liczb platynowych elektrod, ktre s poczone ze lima-kiem. Sygnay przekazywane przez odbiornik stymuluj zakoczenia nerwu suchowego, wywoujc wraenie dwikowe.

Rys. 3.1. Implant limakowy: a) elementy i sposb mocowania implantu limakowego;

b) cz zewntrzna, tj. mikrofon, procesor mowy i przekanik; c) odbiornik z elektrodami; d) kocowa cz przewodu z elektrodami ; e) przewd z elektrodami wewntrz limaka.

Zaadaptowane z [57]. Copyright 2013, Elsevier

4. SZKA OKULAROWE, SOCZEWKI KONTAKTOWE I IMPLANTY OCZNE

4.1. Rodzaje wad wzroku i ich korekcja wiato wpadajce do oka biegnie przez rogwk, komor przedni oka, soczewk i ciao szkliste, by zakoczy sw podr na siatkwce, wywoujc wraenie wzrokowe przekazywane do mzgu za porednictwem nerww czcych si w nerw wzrokowy. Ro-gwka, wraz z ciecz wodnist, soczewk i ciaem szklistym, stanowi ukad skupiajcy promienie wietlne tak, by na siatkwce pojawia si ostry obraz obserwowanego przed-miotu i dawa jak najostrzejsze wraenie wzrokowe. Dlatego te soczewka ma moliwo zmiany swojego ksztatu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkwce przedmiotw znajdujcych si w rnych odlegociach od oka. Zdolno t nazywamy akomodacj. Ostre widzenie jest uzyskiwane wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa si z siatkwk. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie zogniskowa wiata dokadnie na siatkwce, mwimy o wadach wzroku. Wyrnia si cztery podstawowe wady wzroku: krtkowzroczno, nadwzroczno, astygmatyzm i starczowzroczno. Krtkowzroczno moe by wynikiem: zbyt dugiej osi gaki ocznej (krtkowzroczno osiowa); zbyt wypukej krzywizny poszczeglnych elementw ukadu optycznego (krtko-

wzroczno krzywiznowa); zbyt duej siy amicej ukadu optycznego oka (krtkowzroczno refrakcyjna).

Wszystkie te przyczyny powoduj, e promienie wietlne, ktre w oku zdrowym s ogniskowane na siatkwce, w oku krtkowzrocznym s ogniskowane przed siatkwk, w wyniku czego powstaje nieostry obraz. Do korekcji widzenia w krtkowzrocznoci stosuje si soczewki sferyczne wklse (tzw. minusy), ktre wyduaj ogniskow soczewki oka, a tym samym przemieszczaj punkt skupienia promieni w gb, tak e trafiaj one na siat-kwk. W wikszoci przypadkw okulary daj si z powodzeniem zastpi przez odpowied-nio dobrane szka kontaktowe. Od niedawna krtkowidzom wszczepia si elastyczne implan-ty soczewkowe (soczewki wszczepiane wewntrzgakowo, tzw. IOL intra ocular implant), podobne do stosowanych przy operacjach zamy. Podczas zabiegu przeprowadzanego w miejscowym znieczuleniu soczewk pacjenta zastpuje si implantem albo wprowadza midzy ni a rogwk sztuczn soczewk o odpowiedniej mocy. Implant mona potem wy-mieni na silniejszy albo sabszy. Nadwzroczno wystpuje, gdy gaka oczna jest zbyt krtka lub mechanizm ognisku-jcy oka jest zbyt saby. Powoduje to, e promienie wietlne, ktre w oku zdrowym s ogni-

22

skowane na siatkwce, w oku nadwzrocznym s ogniskowane za siatkwk, w wyniku czego powstaje obraz nieostry, zamazany. Przy dalekowzrocznoci, aby skorygowa wad, stosuje si soczewki sferyczne wypu-ke (tzw. plusy), ktre s grubsze w centrum, a ciesze na obwodzie. Soczewki takie skra-caj ogniskow soczewki oka i przez to przybliaj punkt. Podobnie jak w przypadku krt-kowzrocznoci, okulary mona zastpi odpowiednimi szkami kontaktowymi lub implantami soczewkowymi. Astygmatyzm (niezborno rogwkowa) jest wad polegajc na niejednakowym zaamywaniu w rnych paszczyznach promieni wietlnych wpadajcych do oka. Przy-czyn astygmatyzmu jest nieregularnie uksztatowana rogwka, ktra powoduje, e obrazy wietlne s ogniskowane w dwch lub w wikszej liczbie oddzielnych miejsc oka, co skut-kuje znieksztaceniem obrazu. W celu korekcji stosuje si soczewki toryczne, tzw. cylindry. Starczowzroczno (ac. presbyopia) jest nastpstwem procesu fizjologicznego, w czasie ktrego mikka i elastyczna soczewka atwo zmieniajca swj ksztat i dajca moliwo akomodacji oraz ogniskowania obrazw bliej i dalej pooonych staje si bar-dziej sztywna. Nie moe ona wtedy zmienia swojego ksztatu tak atwo jak wczeniej, co powoduje trudnoci z ostroci widzenia na blisk odlego. Starczowzroczno moe wystpowa w poczeniu z krtkowzrocznoci, nadwzrocznoci lub astygmaty-zmem. Do korekcji stosowane s okulary dwuogniskowe, w ktrych dolna cz suy do korekcji z bliska, natomiast grna do korekcji z daleka. Stosuje si te szka okularowe progresywne, charakteryzujce si zmienn zdolnoci skupiania promieni w zalenoci od kierunku patrzenia. Czasem wystpuj problemy z za-adaptowaniem oczu do takich okularw.

4.2. Soczewki okularowe Soczewki okularowe stosuje si do korekcji wad wzroku. Wanym parametrem cha-rakteryzujcym materia optyczny, z ktrego wykonano soczewk, jest wspczynnik zaa-mania wiata tego materiau, nazywany w brany optycznej indeksem. Wspczynnik zaamania n mineralnego szka okularowego wynosi okoo 1,5. Niektre materiay uywane do produkcji soczewek osigaj wspczynnik n = 2,0. Zalet soczewek wykonanych z ma-teriaw o wysokim indeksie jest to, e przy tych samych mocach optycznych s znacznie ciesze i lejsze. Wad soczewek o wysokim indeksie jest niski wspczynnik Abbego. Materiay te charakteryzuje wiksza skonno do dyspersji, czyli rozszczepiania wiata na wizk barwn. Inn wad materiaw o wysokim wspczynniku zaamania jest wysoki wspczynnik czciowego odbicia. Aby temu zapobiec, stosuje si powoki przeciwodbla-skowe (AR antyrefleks). Powoki przeciwodblaskowe w duym stopniu niweluj to nie-korzystne zjawisko. Ze wzgldu na rodzaj materiau uytego do produkcji soczewek wyrniamy: soczewki mineralne tradycyjne soczewki szklane; soczewki organiczne soczewki wykonane z tworzyw sztucznych; soczewki poliwglanowe lekkie soczewki o bardzo duej twardoci i wytrzymaoci

mechanicznej.

Waciwoci optyczne szka mineralnego zale od jego skadu chemicznego. Trady-cyjnie wyrnia si kilka podstawowych gatunkw szka optycznego, z ktrych najwa-

23

niejszymi s kron, o stosunkowo maym wspczynniku zaamania i niewielkiej dyspersji, oraz flint, o wspczynniku zaamania znacznie wikszym, ale te wikszej dyspersji. Przybliony skad szka kronowego przedstawia si nastpujco: kwarc (SiO2) okoo 73%, tlenek sodu (Na2O) okoo 5%, tlenek potasu (K2O) okoo 17%, tlenek wapnia (CaO) okoo 3%, tlenek glinu (Al2O3) okoo 2%. Istniej odmiany szka kronowego r-nice si rodzajem i zawartoci tlenkw metali, np. cynkowe, borowe, borowo-cynkowe, barowo-borowo-cynkowe. Przykadowo, szko borowe oprcz SiO2, niewielkiej iloci tlen-kw sodu, potasu i baru zawiera okoo 10% tlenku boru (B2O3). Szko flintowe pocztkowo byo szkem oowiowym, zawierajcym poza SiO2, od 4 do nawet 80% tlenku oowiu (PbO). Ze wzgldu na znaczn gsto i negatywny wpyw oowiu na rodowisko, zastpiono go dwutlenkiem tytanu (TiO2) lub dwutlenkiem cyrkonu (ZrO2) [10, 34]. Soczewki ze szka nieorganicznego s stosowane w ukadach optycznych aparatw fotograficznych czy kamer, natomiast do korekcji wad wzroku znacznie czciej wykorzy-stywane s obecnie soczewki organiczne. Wynika to z ich waciwoci optycznych i me-chanicznych. Soczewki organiczne s lekkie, nie tuk si i maj doskonae wasnoci optyczne. Ich zalet jest te atwo produkcji wielkoseryjnej. Minusem jest maa odpor-no na zarysowania, co jednak mona poprawi, nakadajc powok utwardzajc. Pierw-szym tworzywem sztucznym do zastosowa optycznych by CR 39 (Columbia resins no 39). Jest to ywica termoutwardzalna, otrzymywana na drodze reakcji wolnorodnikowej przedstawionej na rys. 4.1.

Rys. 4.1. Reakcja otrzymywania CR 39

Materia ten jest cakowicie przezroczysty dla promieniowania z zakresu widzialnego, natomiast nieprzezroczysty dla promieniowania UV. Jest odporny na zarysowania, o poo-w lejszy od szka mineralnego, przy niewiele niszym wspczynniku odbicia. Dodatko-wo mona go wybarwia na rne kolory. Uywa si go do ledzenia cieek promienio-wania jonizujcego. By stosowany do otrzymywania kompozytw wykorzystywanych jako materia do produkcji bombowcw B-17 w czasie II wojny wiatowej. Do produkcji soczewek okularowych powszechnie stosowane s tworzywa sztuczne, takie jak polimetakrylan metylu, estry celulozy czy termoplastyczne ywice poliwglano-we, zawierajce w przeciwiestwie do CR 39 czsteczki aromatyczne. Soczewki poliw-glanowe gwarantuj komfort widzenia, ochron przed promieniowaniem ultrafioletowym, ochron przed uderzeniami, lekko i wygod noszenia. Poliwglan rozjania i wyostrza obraz. Jego podstawowymi zaletami s: twardo, odporno na zarysowania oraz idealnie rwna grubo pytki. ywice poliwglanowe to poliestry kwasu wglowego (H2CO3) i difenoli o oglnej budowie pokazanej na rys. 4.2.

24

Rys. 4.2. Oglna struktura poliwglanw

W celu podwyszenia jakoci szkie i komfortu ich noszenia stosuje si dodatkowo rne powoki: utwardzajca powoduje wzrost odpornoci na zarysowania; jest zwykle wykorzy-

stywana w soczewkach organicznych. Najbardziej rozpowszechnione jest utwardzanie przez lakierowanie. Lakier do utwardzania jest rwnie tworzywem syntetycznym, ale o wiele twardszym od podstawowego materiau soczewki. Jego budowa opiera si na krzemopochodnych polimerach syntetycznych (silikonach);

antyrefleksyjna (antyodblaskowa) eliminuje odbicie wiata od powierzchni so-czewki. Zaleca si stosowanie tego typu powok przy pracy z komputerem oraz przy jedzie samochodem. Powoka ta jest konieczna przy soczewkach o wyszym wsp-czynniku zaamania;

polaryzujca zmniejsza odbicia wiata od innych przedmiotw do oka dociera tylko wiato nieodbite. Odpowiednia dla kierowcw i osb uprawiajcych sporty wodne lub zimowe;

anty-UV nie przepuszcza promieniowania ultrafioletowego, chronic oczy przed jego szkodliwym dziaaniem;

rozjaniajce i wyostrzajce obraz wieczorem i we mgle przeznaczone gwnie dla kierowcw;

uatwiajce pielgnacj hydrofobowe (sprawiaj, e woda bardzo atwo spywa po soczewce, nie pozostawiajc na niej zaciekw) oraz oleofobowe (sprawiaj, e tuszcze nie wykazuj tendencji do przylegania do powierzchni soczewki).

Najpowszechniej stosowanymi w optyce okularowej s szka bezbarwne, jednak cza-sami istnieje konieczno wybarwienia szka. Szkie barwionych najczciej uywa si w okularach sonecznych z korekcj. Osoby cierpice na tzw. lepot barw (inaczej achro-matopsj) s wraliwe na wiato, w skrajnych przypadkach a do wiatowstrtu. Przy-ciemnione okulary agodz negatywne odczucia wywoane przez chorob i zwikszaj komfort ycia. W zalenoci od materiau, z ktrego wykonane s soczewki, stosuje si rne techniki barwienia: soczewki wykonane z materiaw organicznych (tworzywa sztuczne) s barwione po-

przez zanurzenie w roztworze barwnika (barwnik wnika na nieznaczn gboko w materia soczewki);

soczewki wykonane ze szka mineralnego s barwione w masie. Negatywnym skut-kiem tej technologii jest to, e soczewki o rnej gruboci cechuj si nieco zrnico-wanym zabarwieniem. Szka o duej mocy optycznej mog mie nieznacznie rn barw w centrum i na obrzeach.

Szka fotochromowe stanowi kategori poredni midzy soczewkami bezbarwnymi i barwionymi. W ich konstrukcji wykorzystano wasnoci m.in. soli srebra, ktre pod dzia-aniem promieni ultrafioletowych (UV) i temperatury przejciowo zmieniaj swoj barw. Soczewki fotochromowe barwi si tym mocniej, im wicej pada na nie promieniowania UV i im nisza jest temperatura otoczenia.

25

4.3. Twarde i mikkie soczewki kontaktowe Pierwsze soczewki kontaktowe, czyli soczewki korygujce wady wzroku, zakadane bezporednio na gak oczn, byy wytwarzane ze szka nieorganicznego. Materia ten po-drania oczy i nie pozwala na noszenie soczewek przez dugi okres. Nastpnie zastosowano tzw. szko organiczne, czyli poli(metakrylan metylu) (PMMA, Plexiglas, rys. 4.3).

Rys. 4.3. Synteza PMMA

Wad soczewek wykonanych z PMMA, tzw. twardych soczewek kontaktowych, jest to, e nie przepuszczaj powietrza. Rogwka, aby zachowa przezroczysto i prawidowo funk-cjonowa, potrzebuje staego dopywu tlenu z powietrza. W przypadku twardych soczewek tlen jest dostarczany do rogwki dziki staej wymianie ez pod soczewk. Ze wzgldu na sztywno tworzywa, soczewki te nie przylegaj cile do powierzchni oka i mog si atwiej przesun, np. pod powiek grn. W miar postpu technologicznego opracowano sposb wytwarzania twardych soczewek kontaktowych przepuszczajcych tlen, ktre s wykonywa-ne z amorficznych, mikroporowatych materiaw polimerowych, charakteryzujcych si rn wielkoci porw. Hydrofobowy charakter polimeru sprawia, e woda nie wnika do wntrza soczewki, dziki czemu moliwy jest swobodny przepyw tlenu. Poniewa twarde soczewki nie maj moliwoci dopasowania si do ksztatu oka, s wykonywane na indywidualne zamwienie, co wie si z ich wysok cen. Z tego wzgl-du stosowane s gwnie w cikich schorzeniach okulistycznych, w sytuacji gdy wymaga-na jest korekcja ksztatu rogwki, np. w astygmatyzmie czy w stoku rogwki. Stoek rogwki to schorzenie polegajce na cienieniu rogwki w jej czci centralnej. Rogwka traci wtedy swoje waciwoci mechaniczne i na skutek cinienia wewntrzgakowego dochodzi do jej odksztace. W takiej sytuacji rogwka nie jest w stanie peni swej funkcji optycznej. Obraz widziany przez pacjenta ze stokiem rogwki jest w czci centralnej nieostry. Powstaa w ten sposb wada wzroku jest moliwa do skorygowania waciwie wycznie za pomoc soczewek twardych, ktre modeluj rogwk. Bardziej popularne s mikkie soczewki kontaktowe. Soczewki mikkie wykonuje si obecnie z tworzywa nazwanego hydroelem, charakteryzujcego si du przepuszczalno-ci tlenu, gitkoci i zdolnoci do pochaniania wody. Hydroel to szczeglny rodzaj ukadu koloidalnego, w ktrym faz rozproszon stanowi woda, a faz formujc (inaczej substancj elujc) tworz polimery rnego rodzaju (gwnie kopolimery), zazwyczaj zawierajce grupy zarwno hydrofilowe, jak i hydrofobowe. W stanie suchym materia hydroelowy ma wasnoci twardego szka organicznego, natomiast po nasczeniu wod staje si mikki i elastyczny, dziki czemu soczewki te s dobrze tolerowane przez oko. Trway stan uwodniony tworzy si na skutek oddziaywa hydrofilowych i hydrofobowych grup obecnych w polimerze z czsteczkami wody. Czsteczki wody mog si wiza z po-limerem (np. wizaniem wodorowym) lub przenika do wntrza, gdzie zostaj uwizione w porach materiau polimerowego. Ilo wody uwizionej wewntrz matrycy polimerowej

26

zaley od stopnia usieciowania polimeru. Przykady merw tworzcych polimery lub kopo-limery stosowane do produkcji szkie kontaktowych pokazano na rys. 4.4. Soczewki kontaktowe hydroelowe starszej generacji byy wykonywane z wysoko uwodnionych polimerw na bazie HEMA (np. Etafilcon A, Vifilcon) lub kopolimerw zbudowanych z HEMA i MAA (Filcon 1b). Firma Clearlab wprowadzia na rynek so-czewki oparte na kopolimerze HEMA/GMA (Hioxifilcon A). Hioxifilcon, wedug produ-centa, ma waciwoci wice wod, ktre zwikszaj wilgotno powierzchni soczewki, zapewniajc lepsze przyciganie wody ni inne materiay uywane do produkcji soczewek. Obecnie produkowane soczewki cechuj si stopniem uwodnienia w zakresie od okoo 30% do okoo 70%. Wraz ze wzrostem stopnia uwodnienia zwiksza si podatno soczewki na opaszczanie osadem biakowym, odwodnienie i absorpcj rodkw konserwujcych. Za-nieczyszczenia powierzchni soczewki obniaj jej gazoprzepuszczalno, doprowadzajc tym samym do zmniejszenia tolerancji oka na jej obecno. Dodatkowo, wasne biaka pochodzce z ez, ulegajc denaturacji, zmieniaj swj profil immunologiczny i s rozpo-znawane jako obce, co wywouje odpowied organizmu i moe prowadzi do stanw za-palnych.

Rys. 4.4. Przykady merw tworzcych polimery stosowane do produkcji

mikkich soczewek kontaktowych

Soczewki nowej generacji s zbudowane z materiau silikonowego poczonego z po-limerami hydroelu (np. Lotrafilcon A, B, Glyfilcon); zawieraj znacznie mniej wody (

27

Mikkie soczewki kontaktowe, poza zastosowaniem do korekcji wad wzroku, mog peni funkcje lecznicze (terapeutyczne), tzn. mog by stosowane jako noniki lekw lub opatrunki w rnych schorzeniach bd urazach rogwki, np. jako ochrona przed czynni-kami zewntrznymi [20, 38, 59]. Znane s rwnie tzw. soczewki hybrydowe, stanowice poczenie twardych i mikkich soczewek. Centralna cz, zakrywajca renic, jest wykonana z materiaw stosowanych do produkcji twardych soczewek. Dookoa niej znajduje si cz utrzymuj-ca soczewk na oku, wykonana z materiau stosowanego w mikkich soczewkach. Takie rozwizanie zapewnia najwysz jako widzenia i lepszy komfort uytkowania ni twarde soczewki kontaktowe [20, 59].

4.4. Enzymatyczne oczyszczanie soczewek kontaktowych Wszystkie soczewki podczas codziennego uytkowania akumuluj proteiny i inne osady z filmu zowego, co zmniejsza komfort ich uytkowania, a nawet moe prowadzi do stanu zapalnego. W pocztkowym okresie rozwoju do usuwania osadw z soczewek kon-taktowych stosowano metod ciepln i nadtlenek wodoru. Pniej zaczto stosowa czysz-czenie enzymatyczne. W skad preparatu sucego do usuwania depozytw z soczewek kontaktowych wchodz trzy enzymy: proteaza usuwa zanieczyszczenia biakowe, pronaza prowadzi do oczyszczenia soczewek z mukopolisacharydw, natomiast lipaza niszczy osa-dy tuszczowe. Zanieczyszczenia osadzone na soczewkach s nierozpuszczalne w wodzie. Dziaanie enzymw wchodzcych w skad preparatu polega na rozkadaniu biaek i polisa-charydw na mniejsze jednostki, ktre s rozpuszczalne w wodzie, zatem atwo mona je spuka z soczewki. Po oczyszczeniu soczewki z depozytw nadmiar enzymw naley dokadnie usun, gdy przyczyniaj si one do rozkadu wielkoczsteczkowych skadni-kw gaki ocznej na prostsze, rozpuszczalne skadniki, co powoduje podranienia.

Rys. 4.5. Kompleks EDTA

W czasie uytkowania soczewek kontaktowych osiadaj na nich rwnie zwizki wapnia, ktre ulegaj wytrceniu z filmu zowego na skutek odparowania wody. Dodatek EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy, kwas wersenowy, komplekson II) do preparatu enzymatycznego sprawia, e z powierzchni soczewek jednoczenie usuwane s depozyty wapniowe. EDTA ma waciwoci kompleksowania jonw wapnia, co jest wykorzystywane

28

m.in. do oznaczania twardoci wody. Struktura kompleksu EDTA z metalem zostaa przed-stawiona na rys. 4.5. Kompleks ten jest rozpuszczalny w wodzie, dziki czemu mona go atwo odmy z soczewki. W chwili obecnej pyny suce do przechowywania soczewek kontaktowych umoli-wiaj usuwanie zanieczyszcze, dezynfekcj i odbiaczanie bez koniecznoci stosowania dodatkowych preparatw. S to izotoniczne roztwory chlorku sodu z dodatkiem substancji konserwujcych (np. octan lub glukonian chlorheksydyny, poliheksanid).

4.5. Soczewki wewntrzgakowe Zama to choroba polegajca na zmtnieniu soczewki oka. Leczenie zamy polega na operacyjnym usuniciu zmtniaej soczewki oka i wszczepieniu w jej miejsce implantu, tzw. soczewki wewntrzgakowej. Podstawowym surowcem do produkcji soczewek we-wntrzgakowych jest polimetakrylan metylu, a w niektrych przypadkach elastomer sili-konowy (wykonuje si z niego tzw. soczewki zwijalne). Dodatkowym skadnikiem s zwizki pochaniajce promieniowanie UV. Aby zmniejszy ryzyko odrzucenia, soczewki mona pokrywa warstw modyfikowanej heparyny. Soczewki wewntrzgakowe wyjaa-wia si tlenkiem etylenu. Po zakoczeniu wyjaawiania, oznacza si zawarto tlenku ety-lenu oraz pozostao monomeru polimeru uytego do produkcji soczewki. Kada soczew-ka jest robiona na indywidualne zamwienie.

4.6. Implanty oczne Implanty gaki ocznej s stosowane do wypeniania oczodou po zabiegu usunicia oka. Znane s rne rozwizania. Najprostsze implanty gaki ocznej maj ksztat kuli i mog by wykonane z silikonu, poli(metakrylanu metylu), polietylenu oraz z bioceramiki (np. tlenku glinu) czy hydroksyapatytu. W trzech ostatnich przypadkach implanty mog wykazywa wysok porowato, dziki czemu w niedugim czasie po implantacji zachodzi przerastanie implantu naczyniami krwiononymi, co zmniejsza ryzyko odrzucenia implan-tu. Na rys. 4.6a pokazano hydroksyapatytowy implant gaki ocznej o wysokiej porowatoci. Moliwe jest rwnie zastosowanie implantw o ksztacie innym ni kula, m.in. gruszki, jaja lub bardziej zoonym (rys. 4.6b). a) b)

Rys. 4.6. Implanty oczne: a) hydroksyapatytowy implant gaki ocznej, b) przykady rnych

ksztatw implantw wykonanych z polietylenu. Zaadaptowane z [6]. Copyright 2014, Elsevier

Oprcz implantw gaki ocznej, majcych za zadanie wypenienie oczodou stosuje si rwnie protezy oczne, ktre maj na celu takie wypenienie worka spojwkowego, aby

29

umoliwi waciw ruchomo powieki grnej oraz uzyska szeroko szpary powiekowej zblion do drugiego oka. Protezy oczne peni rwnie funkcje estetyczne. S one indywi-dualnie dopasowywane. Dobierany jest ksztat i wielko protezy oraz kolor tczwki. Protezy te wykonywane s ze szka lub poli(metkarylanu metylu). Protezy szklane s bar-dzo gadkie, dziki czemu nie dochodzi do nadmiernego osadzania si biaek na po-wierzchni implantu. Zapewnia to rwnie odpowiedni zwilalno pynem zowym i mniejsze tarcie powieki w czasie jej ruchw. Wad jest krucho szka. Z kolei protezy akrylanowe s odporne mechanicznie, natomiast wykazuj mniejsz gadko ni protezy szklane.

Rys. 4.7. Proteza oka, kolejno widok z przodu i widok z tyu. Zaadaptowane z [6].

Copyright 2014, Elsevier

Protezy oczne mog by zamocowane na implancie gaki ocznej za pomoc tzw. ko-eczkw wykonywanych z tytanu lub jego stopw. Stosowane jest rwnie mocowanie magnetyczne, w ktrym w protezie ocznej i implancie gaki ocznej znajduj si przyciga-jce si magnesy. Wad takiego rozwizania jest zachodzca korozja magnesw.

5. LEKI DO OCZU I SYSTEMY TERAPEUTYCZNE

Wikszo lekw stosowanych w okulistyce podaje si miejscowo, bezporednio do oka, a dokadniej do worka spojwkowego. Oko jest bardzo wraliwe na dziaanie czynni-kw zewntrznych, w tym rwnie lekw dziaajcych miejscowo. Dlatego preparatom tym stawiane s szczeglne wymagania. Preparaty wykorzystywane w okulistyce powinny by jaowe, izotoniczne z pynem zowym, konserwowane, nie powinny zawiera zanieczysz-cze nierozpuszczalnych, musz te mie odpowiednie pH.

5.1. Leki pynne Najczciej stosuje si krople do oczu na bazie wody. Woda musi by jaowa, wolna od nierozpuszczalnych zanieczyszcze. Krople na bazie wody s stosunkowo szybko wy-mywane przez pyn zowy, dlatego musz by wprowadzane do oka kilka razy dziennie. Uwaa si, e po podaniu kropli do oczu wchoniciu ulega zazwyczaj mniej ni 5% dawki. Aby zachowa jaowo kropli, mimo ich nieaseptycznego pobierania w warunkach domo-wych, stosuje si dodatek rodkw konserwujcych. rodki te powinny wykazywa dziaa-nie bakteriobjcze i grzybobjcze, nie mog natomiast powodowa dziaa niepodanych i dranicych. W przypadku, gdy substancja lecznicza nie rozpuszcza si w wodzie, krople do oczu sporzdza si na bazie olejw, gwnie rolinnych (arachidowy, rycynowy, oliwkowy, so-necznikowy), rzadziej na bazie oleju syntetycznego, jak np. Miglyol (olej ten to estry glicero-lu i nasyconych kwasw tuszczowych o rnej dugoci acucha, np. kwasu dekanowego, oktanowego). Rozpuszczalniki olejowe agodz dranice dziaanie leku, przeduaj znacz-nie czas kontaktu leku z powierzchni oka, nie wymagaj stosowania konserwantw, ponie-wa rodowisko to nie sprzyja rozwojowi bakterii. Do wad olejowych kropli do oczu nale powodowanie zakce w widzeniu oraz ograniczona trwao oleju jako rozpuszczalnika. Substancje lecznicze nierozpuszczalne lub sabo rozpuszczalne w wodzie mona poda-wa do oka rwnie w formie zawiesiny. Konieczne jest, aby czstki leku wystpoway w formie zmikronizowanej, o rednicy nie wikszej ni 90 m. Do stabilizowania zawiesiny stosuje si substancje zwikszajce lepko (np. metyloceluloz, hydroksyetyloceluloz). W ostatnim czasie na rynku farmaceutycznym pojawio si wiele preparatw do oczu o zwikszonej lepkoci, w ktrych skad wchodz polimery rozpuszczalne w wodzie, jak np. poli(alkohol winylowy) (PVA), poliakrylamidy, poloksamery, hypromeloza (HPMC), karbomer, hydroksyetyloceluloza (HEC) czy innego typu polisacharydy. W zalenoci od zastosowanego stenia polimeru, mona uzyska posta pynn (krople o zwikszonej lepkoci), albo psta (hydroel). Krople o zwikszonej lepkoci pozwalaj na wyduenie

31

czasu kontaktu substancji leczniczej z gak oczn nawet do 1 godziny, dziki czemu wik-sza ilo substancji leczniczej ulega wchoniciu. Moliwe jest zatem obnienie stenia substancji leczniczej lub rzadsze stosowanie kropli. Przykadem preparatu kropli do oczu o zwikszonej lepkoci jest 10% Sulfacetamidum HEC zawierajcy 0,25% hydroksyety-locelulozy [20, 65].

5.2. Leki pstae i stae Do lekw pstaych zalicza si hydroele, ktre stanowi poczenie wody i cieczy hydrofilowych elowane za pomoc odpowiednich substancji wytwarzajcych struktur sie-ciow. Sporzdzane s z polimerw o wyszej masie czsteczkowej i w wyszym steniu ni w roztworach wodnych o zwikszonej lepkoci. Hydroele, w przeciwiestwie do klasycz-nych maci do oczu, po aplikacji atwo mieszaj si z pynem zowym i wywouj mniejsze zakcenia zdolnoci widzenia pacjenta. Dziki zwikszonej lepkoci i waciwociom bio-adhezyjnym charakteryzuj si wiksz zdolnoci utrzymywania si w worku spojwko-wym, a w konsekwencji wysz biodostpnoci zawartych w nich substancji czynnych. Szczeglnie interesujce pod wzgldem zastosowa okulistycznych s polimery bioadhezyjne (mukoadhezyjne). Jest to grupa polimerw zdolna do tworzenia niekowalencyjnych wiza z czsteczkami mucyny. Mucyna to glikoproteina o wysokiej masie czsteczkowej, ktra stanowi gwny skadnik warstwy luzowej ez. Polimery o waciwociach bioadhezyjnych zazwyczaj zawieraj liczne hydrofilowe grupy funkcyjne. Szczeglnie wanym polimerem o waciwociach bioadhezyjnych jest kwas hialuronowy. Jako skadnik budulcowy wystpu-je on w ciele szklistym i w komorze wodnej oka. Wykazuje waciwoci przeciwzapalne i ochronne, moe by uywany do leczenia ran. Ma take waciwoci antyoksydacyjne oraz niweluje szkodliwy wpyw chlorku benzalkoniowego stosowanego powszechnie w prepara-tach okulistycznych jako rodek konserwujcy. Istniej dwa rodzaje preparatw hydroelo-wych: w postaci hydroelowej ju w opakowaniu, drugie za ulegaj elowaniu dopiero po zaaplikowaniu do oczu. W drugim przypadku elowanie moe zachodzi: wskutek zmiany temperatury (np. preparaty zawierajce N-izopropyloakrylamid, kopo-

limery kwasu akrylowego oraz polimerowe tenzydy np. kopolimery polietylenogliko-lu i polipropylenoglikolu);

na skutek zmian pH (np. preparaty zawierajce octanopropionian celulozy); pod wpywem dziaania elektrolitw (np. pewien rodzaj polisacharydu guma Gellan); pod wpywem dziaania enzymw (np. wodny roztwr gumy ksantanowej).

Wrd staych form lekw do oczu dominuj maci. S to jaowe preparaty zawierajce substancj lecznicz, przeznaczone do umieszczania w worku spojwkowym lub nanoszenia na brzegi powiek. Skuteczno lecznicza maci zaley w duym stopniu od zastosowanego podoa. Podoe nie powinno drani oka, nie moe zawiera staych zanieczyszcze, musi by trwae i obojtne pod wzgldem chemicznym oraz dodatkowo wykazywa podane waciwoci reologiczne, takie jak rozsmarowywalno i przyleganie. Niewiele podoy spenia te kryteria. W tym charakterze wykorzystuje si gwnie wazelin bia z dodat-kiem emulgatorw (cholesterol, lanolina) oraz substancji poprawiajcych konsystencj (parafina cieka). Wazelina to mieszanina wglowodorw nasyconych, w duej czci o acuchach rozgazionych, z niewielk domieszk wglowodorw cyklicznych. Wazeli-n naturaln otrzymuje si z pozostaoci po destylacji ropy naftowej, po oddestylowaniu benzyny, nafty i oleju parafinowego. Poddaje si j rafinacji za pomoc dymicego kwasu siarkowego, przemywa, odkwasza i odbarwia przy uyciu adsorbentw, uzyskujc w ten

32

sposb wazelin t (Vaselinum flavum), z ktrej przez dalsze oczyszczanie mona otrzyma wazelin bia (Vaselinum album) [20, 65].

5.3. Systemy terapeutyczne do oczu Oczny system terapeutyczny to wkadka (tzw. insert), z ktrego substancja lecznicza jest uwalniana ze sta, kontrolowan szybkoci, co najczciej osiga si dziki membra-nie kontrolujcej uwalnianie. Przykadem takiego systemu jest Retisert (rys. 5.2a), wpro-wadzony na rynek przez firm Bausch & Lomb.

a)

b)

RETISERTTM implant

Rys. 5.2. Retisert: a) system terapeutyczny w powikszeniu; b) zaimplantowany oczny system terapeutyczny

Retisert jest stosowany w przewlekym zapaleniu bony naczyniowej oka, schorzeniu odpowiedzialnym za wikszo przypadkw lepoty u osb w rednim wieku. Substancja czynna, kortykosteroid (0,59 mg w postaci tabletki), zostaje umieszczona w osonce wyko-nanej z silikonowego elastomeru. W osonce znajduje si otwr, przez ktry substancja czynna przedostaje si do oka. Szybko procesu uwalniania reguluje membrana znajdujca si pomidzy substancj czynn a osonk. Membrana wykonana jest z alkoholu poliwiny-lowego. Dugo implantu wynosi 3 mm. Czas dziaania systemu to 30 miesicy. Miejsce implantowania pokazano na rys. 5.2b. W innym rozwizaniu wykorzystano soczewki kontaktowe jako matryc do immobili-zowania leku zamknitego w nanokapsukach [20]. Schemat budowy takiego systemu tera-peutycznego pokazano na rys. 5.3. Badania wykazay, e system ten jest rwnie skuteczny w leczeniu jaskry jak krople do oczu, mimo zastosowania dawki szeciokrotnie mniejszej w porwnaniu z lekiem w postaci kropli.

33

Rys. 5.3. Schemat budowy ocznego systemu terapeutycznego

wykorzystujcego soczewki kontaktowe

6. MATERIAY STOSOWANE W STOMATOLOGII I PROTETYCE STOMATOLOGICZNEJ

6.1. Wierta stomatologiczne Wierta stomatologiczne to narzdzia tnco-obrotowe. Wierta stomatologiczne s uywane do obrbki tkanek i powierzchni zbw oraz wykonywania otworw pod wypenienia. Wierta mog by wykonane z rnego rodzaju materiaw, m.in. ze stali, wglikw metali, materiaw wglopochodnych. Stalowe wierta stomatologiczne s przeznaczone do pracy z ma prdko-ci obrotow. Nadaj si rwnie do obrbek, w ktrych niepodane jest wytwarzanie ciepa podczas pracy wierta. Stalowe wierta stomatologiczne maj stosunkowo krtk ywotno, poniewa ich krawdzie tnce s podatne na ukruszenie i pkanie. Uywa si ich do usuwania prchnicy i wykonywania zagbie retencyjnych w zbinie. a) b)

Rys. 6.1. Wierto z powok diamentow: a) obraz wierta, b) morfologia powoki diamentowej,

podziaka 5 m. Zaadaptowane z [1]. Copyright 2004, Elsevier

Innym rodzajem wierte s wierta stomatologiczne z nasypem diamentowym. Wierta te osigaj najwiksz skuteczno przy wysokich prdkociach obrotowych. Zrnicowa-ny stopie rozdrobnienia nasypu (warstwy diamentowej) decyduje o tym, czy diamentowe wierta dentystyczne nadaj si do pracy w twardych materiaach, takich jak szkliwo czy porcelana. Czasem s uywane take do wygadzania szorstkiej powierzchni zba. Im

35

drobniejszy jest nasyp, tym delikatniejszy lad pozostawia wierto. Wierta dentystyczne, ktre maj drobniejszy nasyp, pozwalaj uzyska gadk powierzchni szlifu, natomiast do szybkiego usuwania tkanek uywa si wierte o duych wielkociach nasypu. Stosowane s rwnie wierta z powokami diamentowymi, otrzymywanymi metod chemicznego osa-dzania z fazy gazowej. Przykadowa morfologia takiej powoki zostaa pokazana na rys. 6.1.

a)

b)

Rys. 6.2. Wglik wolframu (WC): a) struktura na osnowie z kobaltu;

b) mikrostruktura po usuniciu osnowy. Zaadaptowane z [40]. Copyright 2008, Elsevier

36

Trzecim materiaem, ktry znalaz zastosowanie przy wyrobie wierte stomatologicz-nych, s tzw. wgliki spiekane, czyli spieki twardych wglikw metali (WC, TiC, TaC, NbC, VC) oraz metalicznej osnowy, ktr najczciej stanowi kobalt, rzadziej nikiel lub elazo. Wysoka twardo wymienionych wglikw decyduje o ich duej odpornoci na cieranie. Wad jest ich znaczna krucho. Dlatego w celu wykorzystania ich walorw i zapewnienia akceptowalnej cigliwoci s czone tzw. spoiwem metalowym (gwnie kobalt). Ziarna wglika musz by bardzo drobne i mie jednorodne rednice. Przykadow struktur wglika wolframu na osnowie z kobaltu przedstawiono na rys. 6.2. Na dolnym zdjciu pokazano morfologi powierzchni po usuniciu osnowy, uwidaczniajc mikro-struktury wglika wolframu. Wierta wykonane z wglikw spiekanych nadaj si do pracy w twardych materiaach. Su do usuwania amalgamatw, cicia porcelanowych koronek itp. W czasie stosowania wierte szybkoobrotowych wydzielaj si znaczne iloci ciepa, dlatego konieczne jest ich chodzenie, np. wod.

6.2. Cementy stomatologiczne We wspczesnej stomatologii korzysta si czsto z biomateriaw okrelanych mia-nem cementw. Budowa chemiczna tych materiaw jest bardzo rnorodna, maj one jednak jedn wspln cech: s preparatami dwuskadnikowymi (proszek i pyn). Po wy-mieszaniu obydwu skadnikw powstaje mieszanina, ktr umieszcza si w miejscu prze-znaczenia. Mieszanina przez pewien okres (nazywanym czasem wizania cementu; zwykle 410 minut) zachowuje plastyczno, po czym si zestala. Proces wizania cementu zacho-dzi wic in situ. Cementy w stomatologii s stosowane do rekonstrukcji i odbudowy twardych tkanek zba, jako wypenienia czasowe lub ostateczne ubytkw. W przypadku bardzo duych ubytkw cementy stosuje si jako ochron miazgi zniszczonej przez prchnic. Podkad z cementu jest zakadany pod wypenienia amalgamatowe i z materiaw zoonych. Jego zadaniem jest ochrona miazgi zba przed mikroprzeciekami bakteryjnymi. W protetyce cementy stosuje si do osadzania staych uzupenie protetycznych (ko-ron), w ortodoncji za su do osadzania elementw aparatu ortodontycznego lub szyny na zbach. Mechanizm wizania cementw moe by rny. Cementy szko-jonomerowe mody-fikowane ywic wi w wyniku reakcji kwasowo-zasadowej oraz reakcji polimery- zacji inicjowanej wiatem. Polianiony (powstae z polikwasw) reaguj z jonami uwalnianymi ze szka (wizanie kwasowo-zasadowe). Monomery metakrylanowe ulegaj polimeryzacji pod wpywem dziaania wiata (fotopolimeryzacja). Wizanie preparatw zachodzi wodorotlenkowo-wapniowych w wyniku reakcji kom-pleksowania. Pozostae cementy wi w wyniku reakcji kwasowo-zasadowej. Pyny maj z reguy charakter kwasowy, proszki natomiast zasadowy. Tablica 6.1 przedstawia cha-rakterystyk chemiczn i zasadnicze, zastosowania cementw stomatologicznych. Cementy mog spenia dodatkowe funkcje np. cementy szko-jonomerowe maj zdolno do uwal-niania fluoru w sposb rwnomierny i w dugim czasie, mog rwnie odgrywa rol no-nika antybiotyku lub zawiera kontrast radiologiczny.

37

Tablica 6.1 Charakterystyka cementw stomatologicznych

Rodzaj cementu Skad proszku Skad pynu Zastosowanie

Cynkowo- -fosforanowe tlenek cynku

wodny roztwr fosforanw glinu

osadzanie uzupenie protetycznych, czenie elementw aparatw ze szkliwem

Tlenkowocynkowo- -eugenolowe tlenek cynku eugenol

tymczasowe wypenie-nia, osadzanie uzupe-nie protetycznych

Polikarboksylanowe tlenek cynku

wodny roztwr polikwasu lub kopolimeru kwasw alkenowych

osadzanie uzupenie protetycznych, podkady i wycieacze

Krzemianowe szko fluorowapniowo-glinokrzemianowe wodny roztwr fosforanw glinu

wypenienia w zbach przednich

Krzemianowo- -fosforanowe

szko fluorowapniowo-glinokrzemianowe + tlenek cynku

wodny roztwr fosforanw glinu

wypenienia w zbach mlecznych, wypenienia tymczasowe

Szko-jonomerowe szko fluorowapniowo-glinokrzemianowe

wodny roztwr homo- lub kopolimeru kwasw alkenowych

wypenienia w zbach przednich, osadzanie uzupenie protetycz-nych, wycieacze

Szko-jonomerowe modyfikowane metalem

szko fluorowapniowo-glinokrzemianowe + proszki Ag i Au

wodny roztwr homo- lub kopolimeru kwasw alkenowych

wypenienia w zbach tylnych, tworzenie tzw. rdzenia

Szko-jonomerowe modyfikowane ywic

szko fluorowapniowo-glinokrzemianowe

wodny roztwr polikwasu alkenowego + ywice metakrylanowe + fotoinicjator

wycieacze, podkady, niekiedy wypenienia ubytkw

Wodorotlenkowo- -wapniowe

pasta zawierajca wodorotlenek wapnia lub tlenek wapnia + plastyfikator

pasta zawierajca ester alkoholu wielowodoro-tlenowego z kwasem salicylowym lub jego estrem + wypeniacz

pokrycie miazgi

6.3. Wypenienia stomatologiczne. Fotopolimeryzacja Pierwszymi stosowanymi wypenieniami stomatologicznymi byy tzw. wypenienia amalgamatowe. Amalgamat to stop powstajcy przez zmieszanie rtci oraz stopw srebra, cyny i miedzi. Rt stanowi 4550% jego masy i ma na celu zwizanie pozostaych metali w jedno ciao. Amalgamat powstaje bardzo szybko po zmieszaniu skadnikw. Wypenienie amalgamatowe charakteryzuje si wysok wytrzymaoci na ciskanie, co minimalizuje ryzyko pkania i maksymalizuje trwao wypenienia; umoliwia take szeroki wybr

38

czasw wizania, co jest wane przy opracowywaniu rozlegych ubytkw. Dodatkowo ma waciwoci bakteriostatyczne, hamuje wzrost paciorkowcw, ktre s przyczyn powsta-wania prchnicy. Minusem tego wypenienia jest metaliczny kolor (nieestetyczny wygld) oraz podejrzenia o szkodliwo dla zdrowia. Oglnie jednak uznaje si, e rt zwizana z innymi metalami, jak ma to miejsce w amalgamacie, jest nietoksyczna.

Obecnie materiaem najczciej stosowanym do uzupeniania ubytkw s dimetakry-lanowe ywice kompozytowe. Kompozyty cile cz si z tkankami zba, przez co pod-trzymuj struktur zba i zapobiegaj zamaniom. Maj walory estetyczne moliwe jest dobranie koloru do barwy zba. ywice kompozytowe zastygaj na drodze fotopolimeryza-cji. Kompozyty dentystyczne s mieszanin ywicznej matrycy polimerowej i nieorganicz-nego wypeniacza, najczciej zwizkw krzemu, baru, strontu i cyrkonu. W skad matrycy polimerowej wchodz jedno- i wielofunkcyjne monomery dimetakrylanowe. Wyrnia si dwa rodzaje monomerw: monomery podstawowe oraz komonomery. Monomery podsta-wowe (rys. 6.3) charakteryzuj si du mas czsteczkow oraz lepkoci i s odpowie-dzialne przede wszystkim za usieciowanie matrycy polimerowej oraz odpowiednie waci-woci mechaniczne wypenienia. Komonomery (rys. 6.4) natomiast s zwizkami o mniejszej masie czsteczkowej oraz lepkoci, peni wic funkcj fazy rozpraszajcej monomery podstawowe, a efektem ich obecnoci jest skuteczniejsza polimeryzacja wype-nienia.

Rys. 6.3. Przykady monomerw podstawowych: a) bis-GMA (metakrylan bisfenolu A):

2,2-bis-[4-(2-hydroksy-3-metakrylooksypropoksy)-fenylo]propan; b) UDMA (dimetakrylan uretanu):

1,6-bis-(metakrylooksy-2-etoksykarbonyloamino)-2,4,4-trimetyloheksan

Rys. 6.4. Przykady komonomerw: a) HEMA (metakrylan 2-hydroksyetylu);

b) EGDMA (dimetakrylan monoglikolu etylenowego)

Oprcz monomerw podstawowych oraz komonomerw w skad kompozytw wchodz inicjatory polimeryzacji, np. nadtlenek benzoilu (w przypadku polimeryzacji chemicznej) lub chinon kamforowy (w przypadku fotopolimeryzacji), koinicjatory, np. N,N-dimetylo-p-toluidyna, przeciwutleniacze bdce najczciej pochodnymi fenolu z dwiema lub trzema grupami alkilowymi, np. 2,6-di-tert-butylo-p-krezol oraz fotostabilizato-

39

ry chronice wypenienie przed zmian barwy, np. pochodne benzotriazolu oraz pochodne benzofenonu zawierajce grup wodorotlenow w pooeniu orto. W materiaach kompozy-towych stosuje si rwnie plastyfikatory, np. ftalan dibutylowy lub ftalan dicykloheksylowy. Fotopolimeryzacja jest to reakcja acuchowa polegajca na produkcji podczas reakcji fotochemicznej wolnych rodnikw, ktre zapocztkowuj przebieg procesu polimeryzacji wypenienia. Monomery dimetakrylanowe atwo tworz przestrzenn sie polimerow ze wzgldu na obecno wiza podwjnych. Fotopolimeryzacja kompozytw dentystycznych opartych na ywicach dimetakrylanowych przebiega najbardziej skutecznie z uyciem wiata niebieskiego o dugoci fali 450500 nm, ktre jest absorbowane przez chinon kamforowy (rys. 6.5a) wykazujcy maksimum absorpcji przy = 470 nm. Poniewa sam chinon kamfo-rowy w obecnoci monomeru fotoinicjuje reakcj polimeryzacji stosunkowo powoli, to w celu jej przypieszenia dodaje si aminy aromatyczne, np. N,N-dimetylo-p-toluidyn (koinicjatory). Fotopolimeryzacj monomerw zazwyczaj inicjuje rodnik koinicjatora. Reak-cja rozpoczyna si i jest kontynuowana, kiedy natenie wiata jest wystarczajce, aby utrzyma stan wzbudzony chinonu kamforowego. Zwykle do polimeryzacji kompozytu jest niezbdne uycie wiata o gstoci mocy 500800 mW/cm2 przez 3040 s (1524 J/cm2). Chinon kamforowy ma lekko te zabarwienie, dlatego te zbyt duy jego dodatek powoduje problemy z uzyskaniem odpowiedniej barwy wypenienia. Z kolei maa ilo chinonu kamforowego powoduje, e reakcja fotopolimeryzacji zachodzi wolno i nieefek-tywnie. Z tego wzgldu poszukuje si innych fotoinicjatorw, np. 1-fenyl-1,2-propanodion (rys. 6.5b) wykazuje podane dziaanie i moe by stosowany samodzielnie lub w miesza-ninie z chinonem kamforowym [47, 62].

Rys. 6.5. Struktura fotoinicjatorw: a) chinon kamforowy; b) 1-fenylo-1,2-propanodion

6.4. Pasty polerskie Pasty polerskie su do polerowania powierzchni wypenienia kompozytowego lub uzupenie protetycznych. Do polerowania wypenie kompozytowych i koron porcelano-wych stosuje si proszek diamentowy (0,5 lub 1 m) w matrycy wodnej. Od wielkoci czstek zaley gadko powierzchni szlifu. Oprcz diamentu wykorzystuje si rwnie ziarna dwutlenku krzemu (krzemionki) rozproszone w matrycy wodno-glicerynowej, dziki czemu pasta wykazuje odpowiedni lepko. Do obrbki powierzchni protez, jako materia polerski stosuje si pumeks, ktry jest naturalnym mineraem, wulkaniczn ska magmow, o porowatej budowie. Chemiczny skad pumeksu to gwnie SiO2 w postaci amorficznej krzemionki (okoo 7072%).

40

6.5. Materiay metaliczne i ceramiczne Materiaw metalicznych i spiekw w stomatologii uywa si gwnie do odtwarzania korzeni i korony zbw. Jeeli naturalny zb ulega zniszczeniu w takim stopniu, e nie jest moliwa standardowa odbudowa kompozytowa (plomba), rozwizaniem moe by wyko-nanie korony lub mostka. Korona protetyczna jest zacementowana na stae, to znaczy, e nie mona jej wyj z ust. Poza odtworzeniem uszkodzonego zba korona, moe poprawi jego ksztat, wielko lub barw. Koron przytwierdza si do pozostaoci po naturalnej koronie zba lub gdy pozostao ta jest niewystarczajca stosuje si wkad koronowo-korzeniowy lub implant, do ktrego mocuje si koron. Mostkw uywa si w przypadku brakujcych zbw lub zba. Rozrniamy wiele rodzajw mostkw. Jeden z nich to dwie koronki umieszczone po kadej stronie brakujcych zbw i czce je; druga forma to dodatkowy zb poczony wspornikami z ssiadujcymi zbami, trzeci typ mostka wspiera si na implantach dentystycznych. Korony protetyczne mog by wykonane z rnych materiaw. Polimery akrylowe i kompozyty stosuje si do wyrobu koron tymczasowych. Docelowe korony mog by wykonane z metalu, z porcelany na podbudowie metalowej lub mog by penoceramiczne. Stosuje si ceramik opart na fosforanie wapnia i tlenkach metali. Korony metalowe wytwarzane ze stopw na osnowie metali szlachetnych (zota, srebra, platyny) byy fundamentem odbudowy protetycznej przez wiele lat ze wzgldu na ich trwao i wytrzymao. Mona z nich wykonywa wszystkie rodzaje protez staych oraz niektre elementy protez ruchomych. Cechuj si maym skurczem odlewniczym oraz dobr odksztacalnoci plastyczn, konieczn przy formowaniu protezy. Wykazuj take dobr biotolerancj w rodowisku jamy ustnej. W skad stopw na osnowie zota wchodz takie metale, jak platyna, pallad, iryd i rod oraz (w mniejszej iloci) srebro, mied i nikiel. Pierwiastki stopowe w stopach zota korzystnie zwikszaj wasnoci mechaniczne i obni-aj temperatur topnienia. We wspczesnym leczeniu korony metalowe s stosowane bardzo rzadko ze wzgldu na niewystarczajc estetyk. Korony porcelanowe na podbudowie metalowej dziki poczeniu porcelany, ktra odznacza si wysok estetyk, i metalu odpowiadajcego za trwao i wytrzymao, korony te s bardzo popularnymi uzupenieniami we wspczesnej protetyce. Metal (najczciej stop na osnowie niklu i kobaltu, rzadziej na osnowie palladu lub zota) stanowi wewntrzn pod-por, dziki ktrej korona nie pka. Zalet tych koron jest wytrzymao, minusem jest metal, ktry przeszkadza w wykorzystaniu penej estetyki porcelany. Naturalny zb charakteryzuje si pewnym stopniem przezroczystoci, ktrej nie da si skopiowa koron na podbudowie metalowej, zatrzymujcej wiato. Aby zniwelowa ten problem, zamiast stopu na osnowie niklu i kobaltu stosuje si zoto lub wykonuje korony z penej porcelany (bez metalu). Korony penoceramiczne wyrniaj si najlepsz estetyk, a dziki podbudowie z tlen-ku cyrkonu wytrzymaoci mechaniczn i trwaoci nie ustpuj koronom na podbudowie metalowej. Mona je stosowa zarwno w przednim, jak i bocznym odcinku uku zbowego.

W sytuacji, kiedy ilo pozostaych ponad koci i dzisem tkanek zba jest niewiel-ka, wykonanie odbudowy za pomoc wypenienia, korony lub mostu jest obarczone bardzo duym ryzykiem zamania, a czsto jest cakowicie niemoliwe. W takiej sytuacji niezbd-ne jest wykonanie wkadu koronowo-korzeniowego, ktry bdzie przenosi siy ucia bez-porednio na korze zba. Wkady koronowo-korzeniowe s to wieki cementowane do korzenia, ktre wzmacniaj czciowo lub cakowicie zamane zby. Wkady koronowo-korzeniowe mog by wykonane z metalu (stopy stali lub zota) lub z wkna szklanego.

41

Alternatywn metod odbudowy zbw jest zastosowanie implantw. Implant to wszczep (sztuczny korze) chirurgicznie montowany w miejscu utraconego zba. Przyka-dowe rozwizanie konstrukcyjne implantw zbowych pokazano na rys. 6.6. Budowa im-plantu obejmuje stokow rub z gwintem zewntrznym, wykonan zazwyczaj z tytanu, ktra po wszczepieniu znajduje si w bezporednim kontakcie z koci. Do ruby przymo-cowuje si tzw. cznik, czyli wspornik protezy korony zbowej.

a)

b)

Rys. 6.6. Implanty zbowe: a) przykady rnych ksztatw. Zaadaptowane z [22, 41, 63]; b) zdjcie RTG implantw po dwch latach od wszczepienia. Zaadaptowane z [41].

Copyright 2001, Elsevier

Implantologia stomatologiczna opiera si na zasadzie osteointegracji, czyli zdolnoci koci do integracji (zrastania si) wok pewnych materiaw tytanu, hydroksyapatytu, cementu portlandzkiego. Proces ten zwykle rozpoczyna si od budowy sieci naczy wok implantu a koczy si, gdy ko cile go obuduje. Po zakoczonej osteointegracji (od 3 do 8 miesicy) implant nie wykazuje adnej ruchomoci. Oprcz rodzaju materiau dodatkowy wpyw na proces osteointegracji ma morfologia zewntrznej powierzchni ruby. Korzystne jest, aby wykazywaa ona du powierzchni waciw, co uzyskuje si poddajc j obrb-ce laserowej. Przykadow morfologi powierzchni ruby implantu pokazano na rys. 6.7. Na zdjciu powierzchni ruby implantu, uzyskanym za pomoc mikroskopu elektronowe-go, widoczne s mikrostruktury o wymiarach 3050 m oraz mniejsze, okoo 10 m.

Rys. 6.7. Zdjcie z mikroskopu elektronowego powierzchni implantu zbowego po obrbce

laserowej. Podziaka 50 m. Zaadaptowane z [41]. Copyright 2001, Elsevier

42

Podsumowujc, podstawowe biomateriay metaliczne stosowane w protetyce stomato-logicznej to: stopy z metali szlachetnych na osnowie zota, palladu lub srebra; stopy z metali nieszlachetnych na osnowie:

niklu (z dodatkiem Cr, Mo i Nb), kobaltu (z dodatkiem Cr i Mo), tytanu (czysty Ti, stopy z dodatkami Al, V, Nb, Ta), elaza (z dodatkami Cr, Ni i Mo).

Natomiast do najczciej stosowanych materiaw ceramicznych nale: skale potasowy bez kaolinu, ceramika szklano-krystaliczna, ceramika szklista, rdzeniowa ceramika glinowa, ceramika konwencjonalna.

7. CHEMICZNA BUDOWA KOCI. IMPLANTY KOCI METALOWE, CERAMICZNE, Z TWORZYW SZTUCZNYCH, KOMPOZYTOWE

7.1. Chemiczna budowa koci Koci s poczeniem skadnika organicznego, tzw. osseiny, skadnikw mineralnych oraz wody. Stanowi naturalny materia kompozytowy. Proporcje skadnikw warunkuj funkcje koci. W kociach dzieci znajduje si wicej osseiny, natomiast u dorosych wi-cej skadnikw mineralnych, dlatego s oni bardziej naraeni na zamania. Osseina (z ac. ossa ko) to biako nadajce elastyczno koci. Stanowi do 25% zawartoci koci. Za-wiera wkna kolagenu, biaka niekolagenowe, proteoglikany oraz fosfolipidy. Jest wydzie-lana przez osteoblasty, czyli komrki kociotwrcze. Skadniki mineralne koci odpowiada-j za jej twardo. S to gwnie tzw. apatyty kostne, ktre tworz w obrbie koci bardzo drobne krysztay (2030 nm) lub krysztay pytkowe bd iglaste o dugoci okoo 4060 nm. Maj bardzo rozwinit powierzchni, co wpywa na waciwoci mechaniczne koci. Za modelowy zwizek chemiczny odpowiadajcy krystalicznej fazie nieorganicznej koci i zbw uwaa si hydroksyapatyt (Ca10(PO4)6(OH)2; HA). Hydroksyapatyt jest mi-neraem wystpujcym rwnie w skaach magmowych, niektrych skaach wapiennych oraz fosforanowych skaach osadowych. Hydroksyapatyt charakteryzuje si stosunkiem molowym Ca/P rwnym 1,667. Dla hydroksyapatytw wystpujcych w kociach stosunek ten jest wikszy, na skutek podstawienia grup fosforanowych (PO43) przez grupy wgla-nowe (CO32). adunek elektryczny jest bilansowany dziki obecnoci jonw HPO42. W skadzie apatytw kostnych zawarte s rwnie: magnez (okoo 0,7% masowych1) ), potas (okoo 0,03% mas.), sd (okoo 0,9% mas.), chlor (okoo 0,13% mas.), fluor (okoo 0,03% mas.) oraz szereg innych pierwiastkw ladowych, m.in. stront, ow, cynk, mied, elazo. Ich obecno wpywa na aktywno enzymw zwizanych z dziaaniem komrek kostnych. Na rys. 7.1 schematycznie przedstawiono hierarchiczn budow koci. Na poziomie makroskopowym ko tworz dwie warstwy z zatart granic: warstwa zbita (korowa) i gbczasta. Struktura gbczasta tkanki kostnej umoliwia kociom dostosowanie si w pewnych granicach do zmian naprenia. Wkna kolagenowe w koci organizuj si

1) Procent masowy to liczba gramw (jednostek masy) skadnika w 100 gramach (jednostkach

masy) substancji

44

w ukady o szerokoci okoo 37 m, ktre s nazywane beleczkami kostnymi. Kilka bele-czek (38) moe si zwija koncentrycznie wok tzw. kanau Haversa, tworzc osteony. Osteony maj okoo 200250 m rednicy i ksztat zbliony do cylindrycznego. Wkna kolagenowe wchodzce w skad osteonw s utworzone z mniejszych wkienek, tzw. fibryli kolagenowych. Fibryle s zbudowane gwnie z czsteczek kolagenu i krysztaw hydroksyapatytu. rednice czsteczek kolagenu wy