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Kunstgelenke
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- in der Regel: Paarung Stahl - so genanntes Ultrahigh Molecularweight Polyethylen (UHMWPE) à ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen
- heute jährlich 180.000 Hüftgelenk-OPs durchgeführt
- Erfolgsquote nach 95 %
- sogar in Freiberg jährlich ca. 80 OPs
Vorteile: sehr niedrige Reibung, niedrige Kosten
Nachteile: PE = weicher als Metall à reibt sich ab
(Partikel unter 1 μm) -> hydrophob (nicht in Wasser löslich - wasserabweisend)
à kein Aggregieren (Vermischen oder Lösen oder Zusammenmischen) im wässrigen Milieu des Körpers
Entzündungszellen reagieren dagegen à können sie nicht verdauen à Zellen setzen weitere Entzündungsstoffe frei,
z.T. werden knochen-abbauende Zellen (Osteoklasten) aktiviert
auf lange Sicht (10-15 Jahre) à Prothesenlockerung
Knochenzement:
- in der Regel Kunstgelenke weltweit einzementiert
- hierzu: PMMA Polymethylmethacrylat
- im OP-sall beiden Komponenten: Pulver (meist PMMA und Zusatzstoffe [Barium-Salze für Röntgenkonrast, Antibiotika, Farbstoffe] und Flüssigkeit (meist MMA) zusammen
Vorteile: gut zu verarbeiten, lange Erfahrung
Pufferfunktion zwischen elastischen Knochen und rigiden (streng, steif, starr) Implantatmaterial
Nachteile: große Hitze bei der Polymerisation à schädigt Gewebe
mäßig gute Bioverträglichkeit (besonders früher: bei ungleichmäßiger Mischung, Blasen, Wassereinschluss à verringerte mech. Stabilität à Zement nach Jahren bröselig)
geänderte OP-Techniken (Z.B.: Mischen in Unterdruck)
von Monomeren oft behauptet: Blutdruck-Abfall (jedoch nicht erwiesen)
PMMA R=CH3
- unter Bezeichnung Plexiglas ® bekannt
- harter, biegsamer, glasartiger Kunststoff
- Thermoplast
- radikalische Polymerisation
à Startpunkt für Wachstum der Polymerkette
4.2 Perfekt verpacken, exakt dosieren
o Drug-Realease Devices: Implantate, die Medikament über lange Zeit freisetzen
= Arzneimittel mit gezielt verlängerter Wirkweise
o dadurch: lokal hohe Wirkstoff-Konzentration (Antibiotika oder Krebs-Therapeutika)
o oder: langanhaltende, gleichmäßige Konzentration (implantierbare "Pille", auch Retard- oder Depot-Medikamente)
o viele Spezial-Polymere (oft Polyurethane) à entweder wasserlöslich oder biologisch abbaubar
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o für Arzneimittelwirkstoffe gibt es sehr viele verschiedene Möglichkeiten zur Verpackung (ÜBERSICHT)
o Kunststoffverpackungen Schutz der empfindlichen Medikamente mechanischen Beschädigungen, Feuchtigkeit, Schmutz + Licht
o PVC-Folien weltweit das mit Abstand wichtigste Packmittel im Bereich von Durchdrückpackungen in der Pharmaindustrie
4.1 Kardiovaskuläre Implantate aus Kunststoff
= Herz und Gefäße sowie das Herz-Kreislauf-System betreffend
- ersten Klappen aus rostfreiem Stahl + Silikonkautschuk à recht beständig, aber Patienten - blutgerinnungshemmende Mittel
- zweiter Weg mit Herzklappen aus chem. modifizierten Tiergewebe à weniger haltbar
- heute Kunststoff (mech. Festigkeit und bessere Blutverträglichkeit zu erzielen) à Oberfläche so glatt wie möglich
4.1.1 Lebensretter Kunstherz
- künstliches Herz = längst keine Utopie mehr
- Menschen mit Herzerkrankungen Anschließen bis eigenes Herz erholt oder ein Spenderorgan zur Verfügung
- Forschung geht hier ständig weiter, um vorhandene Systeme zu perfektionieren
- bei Operationen am offenen Herzen à auch ganz direkt der Kunststoffe: mit Polymerlösung während OP Ausgleich Blutverlust und Ersatz natürliches Blut
- Material: Polyurethan
« abgekürzt PUR
- ausgesprochen vielseitige Kunststoffe,
o Weiches, aufgeschäumtes Polyurethan für Kissen, Matratzen und Verkleidungen
o Hartes Polyurethan dagegen in der Automobilindustrie, im Bauwesen und für Möbelindustrie
« thermoplastische Kunststoffe
« enthalten Urethan-Bindungen
« Diese Polymere entstehen durch die Polyaddition von Isocyanaten und Polyalkoholen.
Polyalkohol: HO[-CH2-CH2-O]n-CH2-OH
Isocyanate: Salze und Ester der Isocyansäure. Die Isocyansäure (H-N=C=O) ist eine reaktive Säure.
Bedeutung: Diisocyanate als wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung von Kunststoffen
z.B.: 2,6-Toluoldiisocyanat: CH3C6H3(NCO)2
Diisocyanat: O=C=N-R-N=C=O
4.1.2 Herzklappentransplantation
o Vorhandensein von 4 Herzklappen: Trikuspidalklappe, Pulmonalklappe, Mitralklappe, Aortenherzklappe
o Funktionieren wie Ventile, die durch koordiniertes Öffnen und Schließen für richtige Fließrichtung des Blutes verantwortlich
o Bau: aus flexiblen, dünnen, aber eher robusten Gewebelappen à bei jedem Herzschlag Dehnung und Druck ausgesetzt (Herz schlägt täglich ca. 100.000 mal und pumpt 8.000 bis 10.000 Liter Blut)
o durch krankhafte Veränderung d. Herzklappen wird deren Funktion wesentlich verändert à Einschränkung der Pumpfunktion des Herzens
o Auswirken (in fortgeschrittenem Stadium) auf andere Organe wie Lunge, Leber und Nieren
mögliche Veränderungen
o Herzklappe kann sich nicht ausreichend öffnen (Klappenstenose) à Blutfluss behindert
o kann sich nicht vollständig schließen (Klappeninsuffizienz) à größere Menge fließt
o kombinierter Herzklappenfehler: Klappenstenose und -insuffizienz gleichzeitig
Behandlungsmethoden: medikamentös, operative Herzklappenkorrektur, operativer Ersatz der erkrankten Herzklappe
Implantate: natürliche Herzklappenprothesen (natürliche Herzklappen vom Schwein - chemisch und physikalisch verändert) und mechanische Herzklappenprothesen
à aus extrem beständigen Materialien wie Metall oder Kunststoff
à äußeren Ring aus synthetischem Gewebe (Dacron oder Teflon) ð Ring = um Herzklappe in Gewebe des Patientenherzens einnähen zu können
à eher unscheinbares Aussehen: dahinter verbirgt komplexe Technologie, sorgfältige Konstruktion und jahrelange Untersuchungen
à durch Materialien: oft unbegrenzte Haltbarkeit -> bis ans Lebensende
4.1.3 Gefäßpatch, Gefäßprothesen
ð nahtloses Kunststoffrohr (angemessener Länge, evtl. mit vorgefertigten Abgangsstellen für größere Äste) als Gefäßersatz
ð v.a. zur Überbrückung von Gefäßdefekten
ð oft aus Polytetrafluorethylen (auch Polytetrafluorethen) à Teflon ®
ð biol. Gefäßoberfläche nachzubilden à Teflon
o an Bratpfanne: nichts bleibt haften
o diese Eigenschaft anhand seiner molekularen Struktur:
ð Fluor = gelbes, giftiges, stark ätzendes Gas
ð besitzt von allen Elementen die größte Elektronegativität von 4,0
ð Bindung zwischen Fluor- und C-Atomen = stärkste Einfachbindung, die C eingehen kann
ð Bindung sehr polar à große Anziehungskräfte zwischen Polymerketten
Ä diese Eigenschaften im Kleinen à bestimmen Eigenschaften der Substanz im Großen
ð Teflon = weiße, harte Masse mit hoher Chemikalienbeständigkeit
ð selbst Königswasser (Mischung aus Salz- und Salpetersäure à löst sogar edles Gold) greift Teflon nicht an
ð thermoplastischer Kunststoff, Polymerisation von Tetrafluorethen (giftiges Gas)
ð Schmelztemperatur erst bei ca. 325°C
4.3 Wegwerfartikel aus Kunststoff
Katheter
- meist flexible hohle Instrumente, die dafür benutzt, um in Hohlorgane (Blase, Magen oder Gefäße), natürliche Körperhöhlen (Bauchhöhle) oder erworbene Hohlräume (Abszesshöhle) zu gelangen
- dort können dann Körperflüssigkeiten bzw. Sekrete entnommen oder Medikamente eingebracht
- wichtigstes Ausgangsprodukt: Kunststoffschlauch
Materialien und ihre wichtigsten Eigenschaften:
* Gummi: formstabil und haltbar
- natürlich aus der Latexmilch des Gummibaumes oder synthetisch
- klassisches Kathetermittel à heute nicht mehr sooft eingesetzt
* Polyurethane: ausgezeichnete Eigenschaften, häufig für Massenartikel eingesetzt
- besonders günstige Eigenschaften: ausgezeichnete Biokompatibilität durch hydrophile (wasserliebende) Oberfläche, Knickbeständigkeit, Beständigkeit gegen Gammastrahlen (zur Sterilisierung verwendet), gewebeschonende Eigenschaften durch Erweichung bei Temperatur und Beständigkeit geg. hohen Druck
* Polyamide: hohe Festigkeit, Steifigkeit + gute Gleiteigenschaften
* Teflon (z.B. gut gleitende Oberfläche)
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