Способ получения искусственной синовиальной жидкости

периментах кремнийорганических жидкостей наряду с некоторым незначительным разделением трущихся хрящевых поверхностей неизбежно влекла за собой высокие усилия сдвига,что отрицательно сказывалось на-трении суставов.Известно использование в качестве смазки для суставов полимеров, растворимых в жидкости. В частности. речь идет о применении для этих целей окиси полиэтилена. Она хорошо растворяется в воде, имеет высокий молекулярный вес, позволяющий при небольших концентрациях получать довольно вязкие растворы. Кроме того, микроскопические исследования окиси полиэтилена, замороженной на предметном стекле в условиях действия нагрузки, обнаруживает подобие структуры с натуральной синовней в тех же условиях. Однако невысокая смазочная способность и термомеханодеструкция таких веществ не позволяет применять их в суставах 1) из-за резкого падения вязкости вещества, приведшего к ухудшению его фршсттиоиных свойств 2) из-за затруднешипй, связаг-птьтх со стерилизацией смазочного материала.Известно также применение в качестве искусственной смазки для суставов 15 -ного водного раствора поливинилширазшдона (ПВП).Этот препарат способен временно восполнять дефицит синовии, оказывать противовоспалительное действие, улучшать обмен в суставной полости. Однако препарату на основе ПВП присущи и недостатки1. Постоянство реологических свойств и несоответствие вязкости натуральной сшювтш. 15 ный раствор ПВП Имеет вязкость 1,8 мПа.с, в то время как вязкость натуральной сштовшт зависит от содержания в ней гиалуроновой кислоты (ГУК) и может изменяться в широких пределах от 5,7 до нескольких сотен мПа.с. Причем, натуральная синения относится к нешэютоновскимг ясидкостш, вязкость которых зависит от скорости сдвига, в то время как препарат на основе ПВП характеризуется относительным постоянством вязкости от скорости сдвига. В зависимости от нагрузки синения также способна менять вязкость, вследствие отжатия из нее иизкомолекуляръгьш компонентов и проникновевшя их в хрящевуто ткань. Отсутствие эффекта изменения вязкости под воздействием нагрузки препаратов на основе ПВП приводит к быстрому выводу их из суставной полости2. Низкая смазочная способность. Так при трении хрящей в присутствтш препарата на основе ПВП реализуется коэффициент трения не ниже 0,08, а суставы здорового человека имеют коэффициент трения 0,001-0,ОЗ, т.е. на порядок ниже.Кроме того известные искусственные смазки для суставов имеют и общие недостатки, среди которых можно вылетать следующие13 вводимые в область контакта хрящей искусственные смазки воспроизводят лишь частично реологические свойства, характерные для натуральной синовии только при определеш-тых,конкретных условиях (нагрузка, скорость сдвига и т.д.), что недостаточно для обеспечения штакого трения, т.е. трения, наблюдаемого при динамическом контакте суставных поверхностей при естественной смазке, когда эти условия (нагрузка, скорость сдвига и т.д.) могут изменяться в тштрокго пределах2) применяемые искусственные смазки не содержат ни одного компонента, присущеготех компонентов, которые ответственны за антифрикционность синовии, а, именно, соединений я холестерина, реализующих жидкокристаллические смазочные слои с низким сопротивлением сдвигуЗ) известные искусственные смазки не позволяют осуществлять моделирование низкого трения суставных поверхностей при дефиците суставной смазки, т.к. они имеют высокую вязкость и низкую смазочную способность4) известные искусственные смазки не эффективны в условиях патологии суставов,например, в условиях деформирующего остеоартроза, т.к. их высокое сопротивление сдвигу требует значительного усилия мышц, что, как показывает практика, невозможно из-за поражения самих мышц и деструктивных изменений хрящевых поверхностей.Таким образом, из вышеприведенного следует, что известные искусственные смазки только частично обеспечивают лшль отдельные физикомеханггчесгсие свойства (реологические шти структурные) натуральной сштовии и ггмеют далеко небшгзшгге к ней антифрикционные свойства. Следовательно, в настоящее время не существует адекватной модели естественной смазки суставов и, тем более, способа ее получения, которые мог ли бы наилучшим образом обеспечивать подобие всего комплекса физшсо-мехашшеских свойствЦелью изобретения является - улучшение качества продукта за счет повышения трибологических свойств.Поставленная цель достигается тем, что в шособе полугчештя искусственной становиальной жидкости, согласно изобретению используя-от 16 раствор натриевой соли кафоксимегилцелшолозы в воде, нагревают до тешгературы 70-90 С,затем при непрерывном помешивании в него вносят в качестве функциональной добавки натретую до температуры 7 О-90 С смесь олеата холестерина, пеларгоната холестерина и ацетата холестерина в соотношении 100 (45-55(14-20) соответственно, состав охлаждают при непрерыв 60 ном помешивании до комнатной температуры.Сущность изобретения базируется на следующих фактах1. Нашими исследованиями установлено наличие в синовиальной жидкости суставов чеЛОВСКН И ЖИВОТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ХОЛВСТСРИНЗ,обладающих жидкокристаллическими свойстВЗМИ.2. Жидкокристаллические соединения холестерина на поверхности твердых тел ориентируются длинными осями молекул вдоль бороздок микрорельефа.3. Коллагеновые волокна на поверхностях сопряженных хрящей ориентированы в направлении преимущественные локомошпй (перемещений) в суставе, что обусловлено формированиембороздчатого микрорельефа поверхностей хрящей.4 В жидкокристаллическом состоянии соединения холестерина в сравнении с нефтяньши маслами способны существенно снижать трение твердых тел.5. Подобие химического строения и реологических свойств водорастворимых полимеров,содержащих пиранозиые циклы, в частности,натриевой соли карбоксиметилцеллюлоаы гиалуроновой кислоте (ГУК), ответственной за реологичекие свойства естественной смазки суставов, т.е. натуральной синовия.На основашш этих факторов сформировалось предположение о том, что есдш в зону трения сустава ввести жидкокристаллические вещества,способные ориентироваться в бороздках микрорельефа хрящей и реализующие жидкокристаллическое состояние в области температур,включающих физиологические температуры живых организмов, а также водорастворимые ПОЛИМЕРЫ, ОбВСПСЧИБНЮШИВ В растворах НЕНЪЮ тоновские реологические свойства, то будет обеспечено аномально низкое трение трущихся суставных поверхностей, подобное трению суставов в естественных условиях.Изобретение иллюстрируется следующими примерами.Пример 1. Предварительно при комнатной температуре в дистиллированную воду(100 вес.ч.) добавляют 1-3 вес.ч. натриевой соли карбоксиметилцсллюлозы. В результате получается водный раствор натриевой соли карбоксиметилцетшюлозы, вязкость которою зависит от содержания в нем водорастворимого полимера. Одновременно готовят препарат, реализующий жидкокристаллическое состояние смазки путем смешения олеата холестерина (ТУ 6-09-06-900-77), пеларгоната холестерина (ТУ 6-09-4414-77) и ацетата холестерина (ТУ 6-09-4368-77), взятых в соотношении 100(45-55)(14-20). Затем водный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и необходимое количество препарата, реализующего экидкокристадшическое состояние смазки, (0,5-1,0 вес.ч.) нагревают всушильном шкафу ВШ-0,035 А до температуры 70-90 С. После расплавления и перехода в изотропную жидкость препарат, реализующий жидкокристаллическое состояние смазки, до бавляют в водный раствор натриевой соли кар боксиметилцсллюлозы при непрерывном помешивании последнего с помощью электрической мешалки. После равномерного распределения жидкокристаллического препарата в водном растворе натриевой соли карбоксиМЕТИЛЦСЛЛЮЛОЗЫ нагрев прекращают И ПОлученную смесь охлаждают со скоростью 2-3 град/ мин при продолжительности процесса помешивания вплоть до охлаждения до комнатной температуры, в результате чего ПОЛУЧЗСТСЯ ГОМОГБННЕЯ СМЗЗОЧНЗЯ СИСТСМЗ беловатогопцвета, являющаяся адекватнойгмоцелью естественной смазки суставов и готовая к употреблению.Пример 2. Способ осуществляют в условиях,аналогичных примеру 1, но в качестве препарата, реализующего жидкокристаллическое состояние смазки, используют смесь олеата холестерина (ТУ 6-09-06-900-77), пальмитата холестерина (ТУ 6-09-4367-77) и стеарата холестерина (ТУ 6-09-4369-77), взятых, соответственно, в соотнощешш, вес.ч. 10 О 5017.Пример З. Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но в качестве препарата, реализующего жидкокристаллическое состояние смазки, используют смесь олеата холестерина (ТУ 6-09-06-900-77), валериата холестерина (ТУ 6-09-4376-77) и бутирата холестерина (ТУ 6-09-4371-77),взятых, соответственно, в соотношении,вес.ч. 1005017.Конкретные режимы осуществления способа приведены в таблице 1.Реологические свойства образцов нормальной синовии и искусственных смазок для суставов исследовались при 24 С на вискозиметре Реотест 2.Трибологические исследования проводили с помощью маятникового трибометра, являющегося наиболее приемлемым в данном случае,Т.К. на НМ МОЖНО РСЗЛИЗОВНТЬ ЛОКОМОЦИИ,характерные для натурального сустава. Образцы для трения изготавливались из головки плечевой кости (выпуклая часть) и суставной впадины лопатки (вогнутая часть) животных через 1-2 часа после их забоя. Для каждого опыта изготавливалось не менее 3 образцов,хрящ от подлежащей кости не отделялся. С целью моделирования сухости суставов, т.е. удаления низкомолекулярных компонентов синовии их суставных хрящей, а, следовательно,исключения их влияния на результаты экспериментов, перед испытанием все образцы вымачивалисъ в дистиллированной воде в течение 24 часов, а затем высушивались при помощиТаблица 1 Режимы осуществления способа получения модели естественной смазки суставов Соотноше- Соотноше- Температуние ингре- ние компо- ра получедиентов нентов ния модели модели жидкокри- смазки, С смазки, сталпичевес.ч. ского препарата,вес.ч.Предварительнос смешивание натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с дистиллированной водойПроцесс ПОМВШИВ ания при охлаждении смазкифильтровальной бумаги и испытывались, ми- и известные искусственные жидкости, а именнуя стадию хранения. но кремнийоргаиическая жидкость вязкостью Головка плечевой кости (выпуклая часть) 300 сСт и 15-ньпй раствор ПВП. Полученные скрепляласъ с маятником и устанавливалась в для них результаты сравшгвалшсь с результатами суставную впадину лопатки, которая закреп- 5 для нормальной свтновии, взятой при необходиляласъ на жестком основании. мостн отбора из травмированного коленного нагружение такой пары трения осуществля- сустава людей с содержанием общего холестели изменением массы маятника посредством рина 380,4 штоль/л. Результаты исследований калиброванных грузов. С целью сопоставимо- обрабатывались методами математической статисти результатов исследования во всех опытах 10 стики и приведены в таблице 2. Микроструктурплощадь контактов хрящей задавалась посто- ные исследования высушенных образцов явной и оценивалась методом переноса при нормальной скшовии и предлагаемой модели естеконтакте водорастворимой краски с предвари- огненной смазки суставов осуществляли на мшсротельно окрашенной поверхности хряща на не- окопе ЫП - 2. Фотографтш структур высушенных окрашенную сопряженного с ним хряща. О 15 образцов представлены, где ашормальная синовисиле трения судили по времени затухания ко- альная жидкость б) модель естественной смазки лебаний маятника, а также угла наклона к суставов, полученная по предлагаемому способу оси абсцисс зависимости амплитуда колебаний (вариант 3). от времени. Начальная амплитуда колебаний Анализ результатов, представленных в во всех экспериментах оставалась постоянной. 20 табл.2, показывает, что предлагаемый способ Коэффициент трения определялся по формуле позволяет получить адекватную модель естед АА/4 Е, ственной смазки суставов, подтверждением где АА- уменьшение амплитуды за цикл, см чему является подобие комплекса физико-меК - радиус опорной поверхности, см. ханических свойств (реологических, трибоПеред испытанием в используемый сустав 25 логических и структурных) предлагаемой вводился 1 смз смазочной среды. модели аналогичным свойствам натуральной В качестве последней использовали модели ес- синовии. Как показали проведенные исследотественной смазки суставов, полученные с по- вания, наилучшим подобием свойств обладают мощью предлагаемого способа, а также 2-ный составы, в качестве ингредиентов которых ис раствор натриевой соли карбоксгшеттищетииолозы 30 пользуют смесь дистиллированной воды, на 9 ВУ 899 С 1 10РВЗУЛЪТЗТЫ ИССЛВДОБННИЯ СМНЗОК ДЛЯ СУСТЗВОВраствор на триевой со ли акарбокси метилцел люлозы Нормаль- 54,7 30,3 ная синовия 15-ный раствор ПВП (З) ПМС-ЗООЦ)триевой соли карбоксиметидщешполозы и препарата, реализующего жидкокристаллическое состояние смазки, взятых, соответственно,вес.ч. 100(1,0-3,0)(0,5-1,0), а в качестве жидкокристаллического препарата используют смеси жидкокристаллических соединений,реализующие жидкокристаллическое состояние смазки в области температур 23-30 - 66-8 ТС,т.е. включающих физиологические температуры живого организма и полученные путем предварительного смешивания натриевой соли карбоксиметшщелпюлозы с дистилзшровашхой водой при комнатной температуре, а затем при температуре 70-90 С и непрерывном помешивании, добавлении жидкокристаллического препарата с последующим охлаждением полученной СМЕСИ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ПОМВШИВЭЕПИ ДО КОМнатной температуры, т.е. модели естественной смазки суставов, полученные по предлагаемому способу (варианты Не 2-4, 6-7). При этом наилучшим соответствием свойств обладает модель естественной смазки суставов, включающая смесь олеата холестерина, пеларгоната холестерина, и ацетета холестерина, взятых,соответственно, вес.ч. 100150117 (вариант 3),которая имеет практически идентичные нормальной синовии реологические и трибологические свойства. В частности, оценка статистической значимости разности междуВязкость смазок мПа.с пи скоости сдвига секКоэффициент трения при нагрузке, Нвязкостью и коэффициентом трения для них показывает, что она недостоверна. Кроме того,из микроснимков, представленных на фиг,следует, что структуры высушенных образцов синовиальной жидкости и предлагаемой модели естественной смазки суставов также идентичны и представляют дептриты, равномерно расположенные на поверхности стекла.В то же время увеличение содержания натриевой соли карбоксиметидщеэиполозы более 3 вес.ч. (вариант способа Не 1) приводит к значительному в сравнении с нормальной синовией повышению вязкости смазки, а также,вследствие повьппения ее сопротивления сдвигу, увеличению коэффициента трения. Уменьшение содержания жидкокристаллического препарата в смазке менее 0,5 вес.ч. приводит к еще более существенному возрастанию коэффициента трения из-за недостаточного для обеспечения низкого трения количества препарата, реализующего жидкокристаллическое состояние смазки. Причем уменьшение пеларгоната и ацетата холестерина в жидкокристаллическом препарате, соответственно, менее 45 и 14 вес.ч. нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению температуры первого фазового перехода, т.е. температуры перехода препарата из твердого в жидкокристаллическое состояние, что в свою очередь, исключает эффект