полимерная композиция для хирургического костного цемента

Формула изобретения

Полимерная композиция для хирургического костного цемента, содержащая жидкий компонент из эпоксиакрилового олигомера, диметакрилата триэтиленгликоля, монометакрилового эфира этиленгликоля, метилметакрилата, ускорителя полимеризации N₁N-диметил-п-толуидин и этилового спирта и порошкообразный компонент из полиметилметакрилата с включением привитого сополимера бутилакрилата, аллилметакрилата, метилметакрилата, а также гентамицин, двуокись циркония и кварцевую муку, отличающаяся тем, что жидкий компонент дополнительно содержит бутилметакрилат и дициклогексилфталат при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :

Эпоксиакриловый олигомер - 10-25

Диметакрилат триэтиленгликоля - 35-40

Монометакриловый эфир этилен-гликоля или его смесь с метилметакрилатом в соотношении 1/6 соответственно - 20-30

Бутилметакрилат - 10-20

Дициклогексилфталат - 0,5-1,5

Этиловый спирт - 2-5

N₁N-диметил-п-толуидин - 0,35-0,75

а порошкообразный компонент содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. ч. :

Полиметилметакрилат - 50-70

Двуокись циркония модифицированная - 10-15

Кварцевая мука - 5-10

Гентамицин - 0,5-1,0

Перекись бензоила - 1,5-2,5

при соотношении между жидким компонентом и порошкообразным компонентом (2-2,5): 1, причем входящие в состав полиметилметакрилата ингредиенты исходно содержатся в следующем соотношении, мас. ч. :

Метилметакрилат - 60-70

Аллилметакрилат - 1,5-5,0

Бутилакрилат - 1,5-5,0

Бутилметакрилат - 10-20

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, преимущественно к травматологии и ортопедии, где может быть использовано при эндопротезировании, фиксации отломков кости, замещения отсутствующей костной ткани, а также в челюстно-лицевой хирургии, пластической хирургии и стоматологии.

Важное место среди хирургических методов лечения занимает использование связующего материала фиксации в системе "имплантат - материал фиксации - костная ткань", а также использование материала фиксации при лечении остеосинтеза и в пластической хирургии. Этим материалом может служить полимерная композиция на основе производных акриловых и метакриловых мономеров, известная как костный цемент.

Основой всех видов известных полимерных композиций, предназначенных для использования в качестве костных цементов, являются порошкообразный полимер и жидкий мономер.

Порошкообразный полимер представляет собой предварительно полимеризованный полиметилметакрилат с включениями привитого сополимера метилакрилата, бутилакрилата, аллилакрилата, бутилметакрилата и т.д., полученный методом эмульсионно-суспензионной полимеризации. Порошкообразная фракция может также содержать минеральные наполнители: двуокись циркония в качестве рентгеноконтрастного вещества, модифицированный кварц и т.д.

Жидкая фракция состоит из смеси мономеров: метилметакрилата (ММА), бутилметакрилата (БМА), бутилакрилата (БА), эпоксиакрилового аддукта, 2-оксиэтил-метакрилата и т.д., ингибитора (гидрохинона), активатора полимеризации, обычно третичного амина (например, N,N-диметил-пара-толуидина).

Сополимерную основу полимерной композиции и сшивающего агента обычно составляет эпоксиакриловый олигомер, который в процессе отверждения цементной массы вступает во взаимодействие с мономерной составляющей.

Порошкообразную фракцию смешивают с мономерной жидкостью в соотношении примерно 2:1.

Известен отечественный композиционный материал "Полакрис" по патенту России 2128523 (МПК А 61 L 25/00), выбранный в качестве ближайшего аналога заявляемой композиции и представляющий собой двухфазную систему из порошка и жидкости. Основу жидкой фракции "Полакриса" составляют акриловые мономеры, мас. ч.:

Эпоксиакриловый олигомер - 35-45

Димеракрилат триэтиленгликоля - 35-40

Монометакриловый эфир этиленгликоля или его смесь с метилметакрилатом - 20-30

Ускоритель полимеризации - 0,15-0,25

Этиловый спирт - 5-10

В качестве порошкообразного компонента ближайший аналог содержит полиметилметакрилат с включениями привитого сополимера бутилакрилата, аллилметакрилата, метилакрилата, и перекись бензоила, взятых в соотношении 0,08-0,12. Соотношение между жидкофазным и твердофазным компонентами составляет 0,7-0,8:1.

Однако основу мономерной фракции цемента составляет метилметакрилат, который является высоколетучим, токсичным веществом, способным растворять липиды. Поэтому при смешивании порошка с жидкостью и при использовании цемента в процессе операции необходимо предпринимать меры для уменьшения испарения ММА и избегать контакта его с кожей рук хирурга и костной тканью пациента.

Быстрое (в течение 30-50 с) смешение порошка и жидкости уменьшает испарение мономера с поверхности цементной массы и, следовательно, его токсичное воздействие на оперирующий персонал. При смешивании компонентов цемента происходит набухание и растворение порошка в мономере, а также частичная полимеризация мономера. Этот процесс протекает в течение 2-6 мин и соответствует клейкообразному состоянию цементной массы, причем максимальное выделение мономера из цементной массы происходит именно в течение этих двух периодов. Поэтому до достижения цементной массой пластичного состояния, когда основная часть мономера уже находится в связанном виде, цемент, обычно, не используется. Началом рабочей стадии, определяемым хирургом органолептически (когда цементная масса перестает липнуть к пальцу в перчатке), считается образование пластичного теста, удобного для использования как с помощью шприца, так и вручную, при этом выделение мономера с поверхности цементной массы существенно уменьшается. Рабочая стадия цемента продолжается от 3 до 7 мин и сопровождается увеличением скорости полимеризации, дальнейшим испарением мономера с поверхности массы, при этом вязкость цементной массы возрастает, а ее пластичность и адгезия к имплантату и костной ткани постепенно уменьшаются.

Однако в связи с совершенствованием техники имплантации полимерная композиция должна иметь в течение рабочей фазы (5-8 мин) постоянную пластичность, низкую испаряемость мономеров, хорошую адгезию к имплантату и костной ткани, т. к. в течение этого времени хирург должен успеть подвести цемент (часто несколькими порциями) к соответствующему месту, ввести и зафиксировать элементы эндопротеза, прежде чем начнется заметное уменьшение пластичности первых порций введенной цементной массы. Далее отверждение цемента должно произойти в течение 2,0-3,0 мин.

Разработчики цемента стремятся в этой ситуации к тому, чтобы композиция имела в течение всей рабочей стадии достаточную адгезию, постоянное вязкое течение, характеризуемое интрузией и определяемое по стандартной методике ISO (MOC) 5833.1992(Е), что является фактором, определяющим надежность цементной фиксации элементов эндопротеза.

После имплантации реакция полимеризации протекает по радикальному механизму. Инициатором радикальной сополимеризации (отверждения) компонентов цементной массы является окислительно-восстановительная (RED-OX) система на основе перекиси бензоила и третичных ароматических аминов, например, N,N-диметил-пара-толуидина.

Этот процесс происходит в два этапа: распад перекиси бензоила на два радикала (с константой скорости реакции К1) и присоединение радикала к мономеру (с константой К2). Константы К1 и К2 вместе с концентрацией инициатора и активатора определяют скорость и эффективность сополимеризации и тем самым оказывают решающее влияние на такие важные параметры, как время отверждения цемента, количество остаточного мономера и экзотермический эффект при полимеризации. При полимеризации метилметакрилата выделяется 13,5 Ккал/моль. Это тепло может вызывать значительный разогрев цементной массы и отводится окружающими костными тканями и элементами эндопротеза. Максимальная температура в цементном слое будет зависеть помимо эффективности отвода тепла от реакционной зоны также и от соотношения "порошок : жидкость" в цементной массе, состава мономерной жидкости, соотношения между инициатором и активатором.

Решение задачи удлинения рабочей фазы и снижения вязкости цементной массы предлагается различными авторами путем увеличения процентного содержания в композиции мономерного компонента (Пат. Великобритании 2156824), путем использования специальных добавок (Пат. США 4758612), например гликолевой или лимонной кислот, соединений, содержащих не менее одной фосфорно-углеродной или фосфорно-борной ковалентной связи. Для придания полимерным композициям эластичных свойств некоторые авторы (Макаров К.А., Штейнгарт М. З. Сополимеры в стоматологии. -М: Медицина, 1982) предлагают вводить пластификаторы, например: эфиры кислот (диалкилфталаты, трикрезилфосфаты и т.д.).

Разработчики предлагаемого изобретения поставили задачу создать полимерную композицию для получения хирургического цемента с достаточной продолжительностью рабочей стадии (5-8 мин), имеющего в течение всей рабочей стадии высокую адгезию, постоянное вязкое течение (интрузию), малую испаряемость мономера с поверхности цементной массы, оптимальное время отверждения массы (2,0-3,0 мин), возможно низкую температуру полимеризации.

Известно, что дициклогексилфталат является пластификатором, способным совмещаться с акрилатами (К. Тиниус. Пластификаторы, М-Л.: Химия, 1964). Он обладает способностью удерживать растворитель в процессе сушки нитроцеллюлозы и активировать процесс растворения ее, в сочетании с триацетином дициклогексилфталат увеличивает адгезию лака на основе ацетобутирата целлюлозы, механические свойства пленок при этом улучшаются. Что касается токсичности дициклогексилфталата, то К. Тиниус приводит данные о том, что дициклогексилфталат не вызывает быстрого отравления крыс. Применение дициклогексилфталата в области медицины в составе костных цементов не известно.

Для решения поставленной задачи предлагается ввести в состав жидкого и порошкового компонентов полимерной композиции для хирургического цемента бутилметакрилат, а в состав жидкого компонета - дициклогексилфталат.

Предлагаемая композиция в составе жидкого компонента содержит, мас. ч.:

Эпоксиакриловый олигомер - 10-25

Диметакрилат триэтиленгликоля - 5-10

Монометакриловый эфир этиленгликоля или его смесь с метилметакрилатом - 20-30

Бутилметакрилат - 10-20

Дициклогексилфталат - 0,5-1,5

Этиловый спирт - 2-5

Активатор полимеризации - 0,35-0,75,

а в составе порошкообразного компонента содержит, мас. ч.:

Полиметилметакрилат - 50-70

Двуокись циркония - 10-15

Кварцевая мука - 5-10

Гентамицин - 0,5-1,0

Инициатор (перекись бензоила) - 1,5-2,5

при соотношении между жидким компонентом цемента и порошкообразным компонентом (2-2,5):1, причем входящие в состав полиметилметакрилата ингредиенты исходно содержатся в следующем соотношении:

Метилметакрилат - 60-70

Аллилметакрилат - 1,5-5,0

Бутилакрилат - 1,5-5,0

Бутилметакрилат - 10-20

Цемент упаковывается в герметичную тару: порошок - в двухслойный полиэтиленовый пакет, а жидкость - в стеклянный флакон.

Технические характеристики предлагаемой композиции цемента определялись следующим образом.

Для определения продолжительности рабочей фазы цементной массы вскрывали флакон с жидкостью и выливали содержимое флакона в полиэтиленовую чашку. Срезали угол полиэтиленового пакета и высыпали порошок из пакета в жидкость. Включали таймер. Шпателем перемешивали порошок и жидкость в течение 30-40 с до получения однородной массы. Готовность цемента для работы (начало рабочей фазы) определяли в соответствии с ISO (MOC) 5833.1992(Е) (приложение В) следующим образом: пальцем в мокрой хирургической перчатке дотрагивались до поверхности цемента. Цемент готов к работе, если он не липнет к перчатке. Данное время фиксировали таймером. Окончание рабочей фазы цемента определяли органолептически следующим образом: порцию цемента из чашки в количестве 10-15 г растягивали пальцами в перчатке. Цемент не годен к работе, если он не тянется, а рвется без образования нитей. Окончание рабочей фазы фиксировали таймером. Рабочая фаза определялась при температуре воздуха 23 градуса Цельсия.

Пластичность цементной массы определялась интрузией в соответствии с ISO (MOC) 5833.1992(Е).

Адгезия цемента к титановым пластинам 1 и 2 (материал элементов эндопротезов) определялась по ГОСТ 14759-69 испытанием на разрушение сдвигом пластин в противоположных направлениях приложенными силами после выдержки пластин с нанесенным в сквозное гнездо пластины 1 цементом 3 в физиологическом растворе в течение двух суток при температуре 37^oС по схеме, приведенной на чертеже.

Технические характеристики предлагаемой композиции иллюстрируются примерами 1-4, представленными в таблице.

Композиции по рецептуре представленных примеров получали и испытывали, как описано выше.

Для сравнения в таблице представлен пример 5 по рецептуре ближайшего аналога - хирургического костного цемента "Полакрис".

Состав порошкообразной фракции и содержание компонентов жидкой фракции, кроме указанных в таблице, одинаковы для всех испытанных рецептур.

Из данных таблицы видно, что полимерная композиция, предлагаемая для получения хирургического костного цемента и содержащая в своем составе бутилметакрилат и дициклогексилфталат, имеет короткий промежуток времени перемешивания компонентов, удлиненную рабочую фазу, при сохранении в течение всей рабочей фазы пластичности цементной массы, высокую адгезию к титану, как к материалу элементов эндопротеза. Кроме того, имеет место меньшее испарение ММА с поверхности цементной массы в течение рабочей фазы и, следовательно, его токсичное воздействие на окружающие ткани а также на оперирующий персонал, меньший экзотермический эффект при полимеризации композиции.

Предлагаемая полимерная композиция изготавливается из отечественных материалов и может быть использована в медицинской практике.