Смазочная жидкость для суставов

Изобретение относится к области медицины И касается средства, которое может быть использовано в качестве смазочного вещества для суставов.Известно применение в качестве смазочных веществ для суставов синтетических материалов. Например, исследовалось применение для этих целей кремнийорганических жидкостей. Однако эти исследования не дали существенных результатов и не имели статистической значимости. Положительный результат, который был получен при использовании кремнийорганической жидкости с вязкостью 300 сСТ, можно объяснить высокой вязкостью смазочного вещества, приводящей к разделению поверхностей хрящей друг отно ющему уменьшению износа и болевых ощущений у пациентов. Но в то же время увеличение вязкости смазочного вещества неизбежно влечет за собой высокие усилия сдвига, что нежелательно.Известно использование в качестве смазоч ной жидкости для суставов синтетических поверхностно-активных веществ (анионные и катионные ПАВ). Несмотря на то, что растворы ПАВ при оптимальном рН даювдовольно низкие значения коэффициентов трения, между ними и синовиальной жидкостью существует несовместимость, которая проявляется в следующем 1) коэффициент трения от нагрузки пары хрящ-стекло в присутствии синовии проходит через шгнимум, в то же время, как для выбранных сгщтетических ПАВ он монотонно снижается. При атом значении коэффициента трения не коррелируют с вязкостью исследуемых веществ 2) проведенные исследования с помощью электронной микроскошш показалш,что в начальный период ПАВ не вызывает никаких видимых повреждешпй хряща, но в течение последующего, сравнительно длительного време это свойство не сохраняется.Таким образом, в настоящее время не сушествует такого искусственного смазочного вещества, которое с успехом заменило бы биологическое смазочное вещество - синовиальную жидкость. Для такой успешной замены необходимым условием прежде всего является подобие антифрикционных свойств и структуры искусственного смазочного вещества с синовиальной жидкостью, их полная совместимость, а также удовлетворение требованиям токсикологии, необходимое для любого искусственного вещества, применяемого в живом организме.Такое подобие свойств будет сближать характеры взаимодействия искусственного смазочного вещества и синовиальной жидкости споверхностью хряща как в статических, так и динамических условиях.Целью изобретения является обеспечение антифрикционных свойств и структуры, присущих снновиальной жидкости.Поставленная цель достигается тем, что смазочная жидкость, согласно изобретению, содержит холестериловый эфир олеиновой кислоты,карбоксимегилцеллюлозу и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, мас. холестериловый эфирВ дальнейшем дается изложение сущности предполагаемого изобретения и примеров его конкретного выполнения со ссылками на при лагаемые иллюстрации, на которыхТд 1-.фиг. 1 изображает оптически активные элементы высушенной синовиальной жид кости (скрещенные поляроиды)фиг. 2 изображает оптически активную область в высушенной синовиальной жидкости (скрещенные поляроиды)фиг. 3 изображает растекшееся по трещине вещество оптически активной области,показанной на фиг. 2, после нагревания и последующего охлаждения (скрещенные поляроиды)фиг. 4 изображает вскрытый сустав, где слева стрешсой показано направление преимущественного движения, а справа - схема вырезания образцов для испытаний на трениефиг. 5 изображает зависимость коэффициента трения пары хрящ-стекло при смазке 1- составом 1 2 - составом 2 3 - составом 3 4 - синовиальной жидкостью 5 - полиметилсилоксановой жидкостью ПМС 200 6 - ПМС-400.фиг. 6 изображает структуру высушенных образцов1. Нами были выполнены исследования,целью которых было установить наличие жидкокристаллических соединений холестерина в синовиальной жидкости суставов. Исследование проводилось в два этапа. На первом определялось наличие в синовиальной жидкости холестерина, а на втором - с использованием поляризационной микроскопии исследовались оптическая активность высушенной синовиальной жидкости и ее изменения при нагревании.Наиболее распространенным методом определения общего содержания холестерина является ускоренный метод Илька, основанный на реакции Либерман-Бурхард. Мы использовали этот метод. Он заключается в следующем к 2,1 мл реактива Либерман-Буркард очень мед Ю(синовиальной жидкости). Пробирку при этом энергично встряхивали, после чего термостатировали 20 мин при 37 С. Затем колориметрировали против реактива Либерман-Бурхард на ФЭК-56 ПМ при красном светофильтре(630-690 нм) в кювете толщиной 5 мм. Концентрацию холестерина определяли при помощи калибровочного графика. Образцы синовиальной жидкости при помощи стерильноге шприца брались из коленных суставов людей и крупных животных. В результате этих экспериментов был обнаружен холестерин в составе синовиальной жидкости животных и человека, а именно для животных 0,3 1,46 ммоль/ л 2,-18- 4,2 мМоль/лТаким образом было установлено, что в составе синовиальной жидкости присутствует холестерин. Однако необходимо бьшомвыяснить в каком состоянии он там находится, так как в свободном виде холестерин не способен обеспечить аномально низкое трение, а скорее,наоборот, представляя собой мелкие абразивные частицы, он будет увеличивать коэффициент трения.На втором этапе образцы синовиальной жидкости исследовали на оптическом микроскопе марки И-2 при скрещенных поляроидах с использованием специально разработанного в лаборатории нагревательного устройства, обеспечивающего плавное изменение температуры.Для исследований синовиальная жидкость высушивалась на предметном стекле и затем подвергалась исследованиям. Они показали,что высушенная синовиальная жидкость содерЖИТ ОПТИЧЕСКИ ЗКТИБНЫС ВКЛЮЧЕНИЯ. ПРИ скрещенных поляроидах они проявляются как светящиеся точки или области (фиг. 1). Нагревание приводило к исчезновению свечения,а последующее охлаждение - к его появлению. Так, на фиг. 2 показана одна из таких светящихся областей. Ее нагревание привело к исчезновению свечения. После охлаждения оказалось, что вещество светящейся области при нагревании расплавилось и растеклась по существовавшей трещине, вызвав после охлаждения свечение по ее кромкам (фиг. 3). Последующие циклы нагревание - охлаждение приводили соответственно к исчезновению и появлению свечения. Такое поведение вещества, вызывающего свечение, позволило сделать вывод о том, что оно оптически активно в определенной области температур и ведет себя как жидкокристаллическое соединение.Таким образом из проведенных исштедований синовиальной жидкости следует, что в составе ее находятся соединения холестерина в жидкокристаллическом состоянии, т.е. эфиры холестерина с мезофазой при температуре36-40 С, соответствующей температуре живого организма.2. Нами было экспериментально установлено, что холестериловый эфир олеиновой кислоты способен обеспечить резкое снижение коэффициента трения и повышение износостойкости пар трения. Это объясняется тем,что холестериловый эфир олеиновой кислоты при определенной температуре (З 6-4 ОС) является жидким кристаллом. Последний же обладает слоистой структурой с очень низким сопротивлением сдвигу и его молекулы ориентируются длинными осями вдоль макрорельефа поверхности. Благодаря этому в зоне трения создаются благоприятные условия,обеспечивающие незначительные потери энерИзложенное позволило нам в качестве первого компонента предлагаемогогцсмазочного состава использовать холестериловьпй эфир олеиновой кислоты, имеющей следующее хнмическое строениесна сна сн сна сн 1 сн 2 сн 2 сн сиз СИЗ СН / / СНЭАнашггз состава синовиальной жидкости показывает, что она, в основном, на 94-95 И,состоит из воды и содержит 0,3 полимерного вещества - гиалуроновой кислоты (ГУК), имеющей следующее строениеОтносительная молекулярная масса ГУК в синовиальной жидкости крупных с ставов весьма высока и равна 1.10 б 1.10. Считают,что размер молекулы ГУК - величина весьма лабильна и зависит от степени полимеризации, которая может быстро меняться. Конформация молекул ГУК определяется обычнокак рыхлый хаотический клубок с радиусомпорядка 150-400 нм, распространенный в объ- н он СРШОСНСООЫ еме, в 10 раз превышающем объем самой мо- 0 он Н Н Н Н О О лекулы, т.е. ГУК обладает способностью н о он н создавать в растворах сложные пространствен- 5 Н О Н ные структурыювязывающие значительные ко- Стосшсооыа Н он личества воды.Следовательно, ГУК, обладая свойствами по- В связи с этим она и использовалась при лиэлектролита, обеспечивает необходимую разработкепредлагаемого смазочного состава. вязкость синовиальной жидкости. Регулирова- 10 Достоинством КМЦ является то, что она не ние вязкости в данном случае достигается за является токсичной при определенной степени счет изменения содержания ГУК в синовиаль- очистки, используется как добавка к пищевым ной жидкости. продуктам.Анализ химического строения ГУК показы- Примеры конкретного выполнения. вает, что она в своем составе содержит пира- 15 Предлагаемая смазочная жидкость готовится нозвые циклы и по химическому строению следующим образом.В дистиллированную воду является подобной природному полимеру - вводится КМЦ и получаемую смесь нагревают целлюлозе. -. до кипения. Одновременно нагревают необхо Факт обеспечены необходимой вязкости си- димое количество холестерилового эфира оленовиальной жидкости путем изменения содер- 20 ивовой кислоты до температуры перехода его жания в ней ГУК, а также ее большое сходство в изотропное жидкое состояние, которое затем химическому строению с целлюлозой дали нам переливают в кипящую смесь с дистиллиоснование предположить, что одним из ком- рованной водой при интенсивном перемешипонентов разрабатываемого смазочного состава вании. После охлаждения до комнатной должна быть водорастворимая производная 25 температуры получается смазогшая жидкость,целлюлозы. готовая к употреблению. При этом содержаниеВыполненные нами, а также рядом других КМЦ в предлагаемой смазочной жидкости выавторов исследования рН синовиальной жид- биралось из условия получения у последней кости показали, что она имеет щелочной вязкости, близкой к вязкости синовиальной характер. Из водорастворимых производных 30 жидкости. Для этого были проведены исслецелшолозы такую же реакцию в растворе дает дования вязкости водных растворов КМЦ от карбоксиметидщедпиолоза (КМЦ). концентрации в них КМЦ. Результаты иссле дований приведены в таблице 1.Таблица 1 Влияние содержания КМЦ в водных растворах на их вязкостьКак ВИДНО ИЗ результатов, ПрИВВДСНЪ-ЕЫХ В ЛО ВЗЯТО за основу при разработке предлагаетабдшце 1, содержание КМЦ в водных раство- мой смазочной жидкости. Составы смазочной рах 1,5-30 массди, обеспечивает вязкость, жидкости конкретного выполнения приведены близкую к вязкости синовиальной жидкости. в таблице 2.Поэтому содержание КМЦ 1,5-30 масс. бы 9 ВУ 897 С 10Холестериловый эфир олеиновой кислоты (ТУ-6 П-46-72)Фрикционные испытания исследуемых смазочных веществ проводшшсь на специально разработанной для этих целей машине торцевого трения, в которой использовалось три плоских торсиона различной толщины, механически связанные с индуктивными датчиками и расположенными под углом 120 друг к другу и обеспечивающих чувствительность измерения силы трения соответственно 0025 Н 0,15 Н О,25 Н. Такое построение измерительной схемы данной машины позвошшо с высокой точностью определить коэффициенты трения в пределах 0,002 0,2 в диапазоне нагрузок 0,2-1 О 0 МПа. Испытание пары трения хрящ-стекло проводилось при скорости скольжения 0,1 м/ с в диапазоне нагрузок 0,210,0 МПа. Нагрузка изменялась ступенчато. В качестве стеклянных образцов выбирались чашки Петри диаметром 0,1 м, образцы вырезались из эластичных хрящей коленного сустава крупных животных и имели размеры 0,010,010,004 м. В чашку Петри заливалась 20 мл исследуемой жидкости. При этом образцы хряща были неподвижны, а чашка Петри с исследуемой жидкостью вращалась.Выбор машины торцевого трения был обусловлен необходимостью условия экспериментов максимально приблизить к естественным условиям трения хрящей в суставах и сделан на основе анализа работы коленного суставного сустава крупного животного. Как видно из фиг. 4 в таком суставе перемещение хрящей имеет преимущественное направление, показанное стрешсой. Поэтому в исследованиях образцы хряща на машине трения ориентировались так, чтобы направление движения чаппш оовпадало с направлением преимущественного движения в суставе.Кроме того, для того чтобы повысить статиСТИЧССКУЮ ЗНЗЧИМОСТЬ ЭКСПСРИМВНТОВ, ОНИ проводились следующим образом. С использованием свежих образцов синовиальной жидкости и хрящей строилась зависимость коэффициента трения от нагрузки хрящей по стеклу в среде синовиальной жидкости. ЭтаЗНВИСИМОСТЬ строилась ПО средним ЗНЗЧСНИЯМ40 параллельных опытов и служила своеобразным эталоном для отбора в дальнейшем образцов для экспериментов. Отбор проводили следующим образом. Из поступавших для исследования хрящей вырезались образцы и с их использованием строилась зависимость коэффициента трения от нагрузки, т.е. аналогичная эталонной. Если разность между значениями полученной и эталонной зависимостей была статистически незначима с гарантией 99, то хрящ использовался для дальнейших исследований с использованием других сред. В противном случае хрящ к экспериментам не допускался. Эксперименты повторялась пятикратно, а результаты обрабатывались методами математической статистики.В данных экспериментах использовалась синовиальная жидкость, взятая из коленного сустава человека непосредственно перед экспериментом (эксперимент проводился тогда,когда в клинических условиях появлялась возможность для отбора синовиальной жидкости). Использовалась также синовиальная жидкость из коленного сустава животных, для которой зависимость коэффициента трения от нагрузки имеет аналогичный характер как и для образцов синовиальной жидкости человека.Результаты фрикционных испытавшей смазочных веществ, приведенных в табдшце 2,представлены в таблгще З, а графики зависимости коэффициента трения от нагрузки для них - на фиг. 5, причемКак видно из результатов экспериментов и графиков, представленных на фиг. 5, присутствие только КМЦ в смазочной жидкости (состав 1) при концентрации, создающей достаточно высокую вязкость состава, не обеспечивает антифрикционных свойств, сравнимых с антифрикционными свойствами