Реферат по химии "Применение металлов в медицине"

МБОУ ПЕНОВСКАЯ СОШ имени Е.И.Чайкиной

Реферат

на тему:

Применение металлов в медицине.

Тантал и имплантаты.

Работу выполнил:

Обучающийся 9”A”класса

Филатов Александр.

Руководитель:

Рыжкова Татьяна Константиновна

- учитель химии

п. Пено

2023 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В МЕДИЦИНЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

1.1   . Золото…………………………………………………………………………...5

1.2   . Серебро………………………………………………………………………….5

1.3   . Мель……………………………………………………………………………..6

1.4   . Железо…………………………………………………………………………...6

1.5   . Титан…………………………………………………………………….............6

ГЛАВА 2. ТАНТАЛ И ЕГО ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА………………………8

2.1. Химические свойства тантала………………………………………………….8

2.2. Применение тантала в медицине………………………………………………8

2.3.Танталовые имплантаты………………………………………………………...9

2.4. Моноблоковый большеберцовый имплантат и имплантаты для позвоночника………………………………………………………...........................9

2.5.Сохранение конечности-индивидуальные импланты......................................10

2.6.Надколенниковые вставки……………………………………………………..10

2.7.Танталовые имплантаты в стоматологии……………………………………......................................................11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..12

сПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………..14

Введение

В 9 классе на уроке химии мы проходили тему: " Металлы ", и мне стало интересно, какие металлы применяются в медицине и почему. На каких свойствах основано их применение. Почему такие металлы, как золото, серебро, титан, медь, железо, тантал применяются чаще, чем другие металлы. Захотелось узнать с чего всё начиналось, какие металлы стали применять раньше и какие применяют сейчас. Почему танталовые имплантаты имеют такую хорошую приживаемость у пациентов. Какие существуют виды танталовых имплантатов. Когда начали широко применяться танталовые имплантаты. Поэтому я выбрал эту тему.

Цель работы: изучить историю применения металлов в медицине, современные способы применения металлов, особенно в эндопротезировании.

       С глубокой древности человеку были известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Эти металлы можно назвать «доисторическими», так как они применялись человеком ещё до изобретения письменности.

Очевидно, что из семи металлов человек вначале познакомился с теми, которые в природе встречаются в самородном виде. Это золото, серебро и медь. Остальные четыре металла вошли в жизнь человека после того, как он научился получать их из руд с помощью огня.

Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы и, что важнее всего, их сплавы. Век каменный сменился веком медным, потом – бронзовым, а затем железным.

          В медицине весьма широко используются драгоценные металлы. И ценность их в медицине может быть куда выше, чем в разнообразных ювелирных украшениях. Действительно, что может быть ценнее жизни и здоровья? Использование драгоценных металлов в медицине обусловлено зачастую тем, что эти металлы инертны, то есть не слишком стремятся вступать в реакции с другими элементами в окружающей среде (а соответственно, и в теле пациента). Так золото, палладий, платина, тантал используются в стоматологии, из иридия делают гиподермические иглы (полая металлическая трубка, которая используется вместе со шприцем для ввода или вывода жидкостей через систему кровообращения), сплав с платиной прекрасно показал себя в изготовлении хирургического инструментария, а изотопы иридия используют в лучевой терапии. 

          Около десяти лет назад был создан новый пористый биоматериал из технически чистого тантала с уникальным набором физических и механических свойств. По сравнению с обычными пористыми покрытиями, этот материал обладает повышенной объёмной пористостью, более свободным сообщением между ячейками, увеличенным коэффициентом трения с костью и меньшей объёмной жёсткостью. Кроме того, конструкции из этого материала обладают достаточной жёсткостью для производства имплантатов без опорной основы из монолитного металла.

         С 1997 года пористый тантал начали широко применять во многих областях клинической практики, таких как эндопротезирование суставов, реконструкция после удаления опухоли, лечение асептического некроза головки бедренной кости и фиксация позвоночника.

         В реферате подробно рассматривается применение металлов в медицине, особенно тантала для изготовления имплантатов.

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В МЕДИЦИНЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

История применения металлов в медицине насчитывает не одно тысячелетие. В древних китайских книгах по медицине, египетских папирусах, манускриптах много трактатов и заметок о применении таких благородных металлов, как золото, серебро, платина.

1.1.          Золото.

Золото используется не только, как украшение, но и в медицинских целях. Золото находится в 6-м периоде,  1В группы периодической системы Менделеева; атомный номер 79, относительная атомная масса 196,9665; тяжёлый металл жёлтого цвета. Золото способно исцелять человеческий организм от многих недугов. Это научно доказано, а также успешно применяется в современной медицине. Его применяют:

1.        В виде водорастворимых фармацевтических препаратов используют для инъекций при хронических артритах, красной волчанке. В сочетании со специальными гормональными препаратами раствор золота – довольно эффективное средство против многих недуг.

2.       Препараты золота успешно используется в онкологии. Доброкачественные опухоли, их ранняя диагностика возможна, благодаря также золотосодержащим препаратам.

3.       Благородный металл хорошо укрепляет сердце и кровеносные сосуды.

4.       Эстетическая косметология успешно использует в пластических операциях золотые нити, которые абсолютно приемлемы и безвредны для тканей.

5.       Применяется в стоматологии, но не в чистом в виде, а в виде сплава.

6.       Золото тонизирует, улучшает интеллект и память, укрепляет сердечную мышцу, повышает выносливость организма.

1.2.          Серебро

Серебро химический элемент 5 периода, 1В группы периодической системы Менделеева, атомный номер 47, относительная атомная масса 107,868; металл белого цвета, пластичный.

Препараты серебра обладают антибактериальным, вяжущим и прижигающим действием, что связано с их способностью нарушать ферментные системы микроорганизмов и осаждать белки. В медицинской практике наиболее часто применяют нитрат серебра, колларгол, протаргол во время простудных заболеваний; бактерицидную бумагу (пористая бумага, пропитанная нитратом и хлоридом серебра) применяют при небольших ранах, ссадинах и ожогах.

Серебро в форме внутривенного введения с успехом применяется при лечении септических артритов, ревматизма, ревматоидного артрита, бронхиальной астмы, гриппа, острых респираторных заболеваний, бронхита, пневмоний, гнойных септических заболеваний, бруцеллеза, внутрь — при лечении гастритов, язв, наружно — при лечении венерических заболеваний.

1.3.          Медь.

 Медь - химический элемент 4 периода, побочной подгруппы 1 группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 29, относительная атомная масса 63,54.

В медицине медь в виде сульфата меди также применяется в качестве антисептического и вяжущего средства в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат меди применяют как рвотное средство. Нитрат меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

Медь играет ключевую метаболическую роль в обмене веществ всех живых организмов, начиная от простейшей клетки. Она входит в состав биологических катализаторов – ферментов. Без них невозможна жизнь. Именно поэтому биологи назвали медь «металлом жизни». Прямо или косвенно медь участвует в большинстве обменных процессов и является их главным регулятором.

Древнегреческий врач, поэт и философ Эмпедокл для улучшения самочувствия носил медные сандалии, великий Аристотель называл этот металл прекрасным средством от синяков, ушибов и даже во время сна старался держать в руке медный шарик.

Медь оказывает благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему.

1.4.          Железо.

Железо - это элемент VIII группы, побочной группы; порядковый номер – 26; относительная атомная масса = 56;

 Известно, что в каждом взрослом человеке содержится до 4 грамм железа. Этот элемент крайне важен для функционирования организма, в частности, для здоровья кровеносной системы (гемоглобин в эритроцитах). Существует множество лекарственных препаратов на основе железа, которые позволяют повышать содержание железа во избежание развития железодефицитной анемии.

Препараты железа противопоказаны при гемахроматозе, апластической и гемолитической анемии, хронических заболеваниях печени и почек, хронических воспалительных заболеваниях, лейкозах.

Осторожность следует соблюдать при язвенной болезни желудка и 12-ти перстной кишки, язвенном колите, энтеритах.

Также железо положительно влияет на костные ткани, печень, селезенку.

Сейчас существуют специальные препараты, позволяющие восполнять недостаток железа в организме. Первым таким препаратом был экстракт яблочно-кислого железа. Наряду с лабораторным способом получения яблочно-кислого железа существовал и более простой: в кислое яблоко втыкались чистые железные гвозди. Удалив гвозди, яблоки, не потерявшие своего приятного вкуса, но ставшие очень полезными, съедали.

1.5.          Титан

Титан элемент 4 периода, побочной подгруппы 4 группы, атомный номер 22, относительная атомная масса 47,90; имеет серебристо-белый цвет.Титан широко используется в медицине уже в течение многих лет. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски. Сплавыпредлагают большое сопротивление нагрузкам, эти сплавы используются в протезировании зубов.Преимущества медицинского титана:

1.     Сильный;

2.     Легкий;

3.     Стойкий к коррозии;

4.     Экономичный;

5.     Нетоксичный;

6.     Биосовместимый (нетоксичный и не отторгается организмом);

7.     Долговечный;

8.     Гибкость и эластичность.

Есть некоторые типы операций при которых очень часто используется титан – это ортопедические операции по исправлению отсутствия тазобедренной розетки, плечевого сустава или тяжело сломанной кости.Медицинский титан используется в производстве: костных пластин, винтов, стержней, проводов, расширителей грудной клетки, протезов рук и ног.

Титан также используется для замены плечевого и локтевого суставов и защиты позвонков после сложных и инвазивных операций на спине.

ГЛАВА2.ТАНТАЛ И ЕГО ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

2.1.Химические свойства тантал

Тантал находится в 6 периоде 5В группы, порядковый номер 73, относительная атомная масса равна 181.

Обозначается этот металл сочетанием двух букв, а именно Ta.

Тантал является редкоземельным металлом светло-серого или слегка синеватого цвета. Тугоплавкий, высокопрочный и твердый с одной стороны, но в тоже время, благодаря идеальным пластическим характеристикам металл можно легко штамповать, механически обрабатывать, перерабатывать в тонкие листы или проволоку.

Различие свойств тантала в виде кусков и порошкообразного так велико, что кажется, будто это два разных металла. Порошок при нагревании довольно энергично взаимодействует с кислородом (280°С):

4Ta+5O₂ = 2Ta₂O₅;

с галогенами (250 - 300^оС);

2Ta+5Cl₂=2TaCl₅;

с серой

Ta+2S=TaS₂

и даже с азотом ( при электрическом токе)

2Ta+N₂=2TaN.

Тантал имеет высочайшую химическую стойкость, по этому показателю металл уступает только лишь золоту. Его невозможно растворить даже при помощи «царской водки» и концентрированной азотной или серной кислоты. Все эти уникальные свойства делают тантал идеальным материалом для использования в медицине.

2.2. Применение тантала в медицине.

Тантал уникальный материал – он имеет высокую биологическую совместимость с тканями живого организма, не вызывая отторжения, именно поэтому его широко используют в медицине: восстановительная хирургия, ортопедия. Танталовыми пластинами закрывают поврежденную черепную коробку, тантал со сплавами других металлов применяют для изготовления эндопротезов.

При помощи танталовой «пряжи» восстанавливают мускульную ткань, укрепляют брюшную полость при оперативном вмешательстве. Танталовыми скрепками соединяют сосуды, а с использованием танталовых сеток создают глазные протезы. Пока еще не существует выражения «танталовые нервы», а зря, ведь уж множество людей ходят с замененными на танталовые нити сухожилиями и нервными волокнами.

Тантал успешно служит для рентгенографического анализа легких, бронхов. Пациент вдыхает безвредную танталовую пыль, которая оседая на легких, бронхах маркирует больные участки, и они становятся видны на рентгене. Таким образом, врач имеет возможность точно диагностировать болезнь. Но следует сказать, что на медицину идет всего лишь 5-6% всего добываемого тантала. Танталовые имплантаты более пористые, чем титановые, что способствует росту кости и эластичности самого протеза.Однако до сих пор по ряду причин тантал использовался в основном для скрепления трещин в костях, а не для протезирования тазобедренных и других суставов. Теперь учёные придумали покрытие, которое улучшает свойства таких имплантатов.

2.3. Танталовые имплантаты.

В течение последних трёх десятилетий для биологического прикрепления ортопедических имплантат использовались различные пористые покрытия, особенно произведённые путём спеканиякобальт-хромовых или титановых шариков и диффузионной сварки титановых фиброволокон. Около десяти лет назад был создан новый пористый биоматериал из технически чистого тантала с уникальным набором физических и механических свойств. По сравнению с обычными пористыми покрытиями, этот материал обладает повышенной объёмной пористостью, более свободным сообщением между ячейками, увеличенным коэффициентом трения с костью и меньшей объёмной жёсткостью. Кроме того, конструкции из этого материала обладают достаточной жёсткостью для производства имплантат без опорной основы из монолитного металла.

С 1997 года пористый тантал начали широко применять во многих областях клинической практики, таких как эндопротезирование суставов, реконструкция после удаления опухоли, лечение септического некроза головки бедренной кости и фиксация позвоночника. Настоящее исследование проводилось с целью документации клинических результатов, полученных при использовании танталовых конструкций в различных областях хирургии для оценки возможностей этого материала в реконструкции у взрослых пациентов. Пористый танталовый штифт был разработан для вмешательств при остеонекрозе II-III степени для фиксации головки бедренной кости без применениякостного трансплантата и связанных с этих осложнений.

2.4. Моноблоковый большеберцовый имплантат и имплантаты для позвоночника

Концепция моноблоковой вертлужной чашки легла воснову сходного по конструкции моноблокового большеберцового имплантата, в котором полиэтилен напрямую впрессован в основу из пористого тантала с неотделимыми фиксирующими ножками из пористого тантала.

Конструкция обладает меньшей жёсткостью по сравнению с обычными модульными конструкциями,благодаря чему должна в меньшей степени подвергать стрессовой нагрузке проксимальную часть большеберцовой кости. Учитывая конструкционные свойства пористого тантала в сочетании с его способностью прорастать тканью, вслед за артропластикой его стали применятьв хирургии позвоночника. В настоящее времяв США проводятся исследования для одобрения танталовых конструкций для фиксации в шейном и поясничном отделах позвоночника. Европейские исследователи имеют почти пятилетний опыт клинического использования подобных конструкций.В недавнем исследовании по одноуровневой фиксации в шейном отделе,сообщил о том, что пористые танталовые конструкции для шейного отдела позвоночника обеспечили лучшиеили сходные клинические результаты по сравнению с аллогенной костью(это костные ткани, взятые от других людей посмертно) в отдельности.

2.5. Сохранение конечности - индивидуальные имплантаты

В отдельных случаях, из пористого танталового биоматериала создавались индивидуальные имплантаты для реконструкции после удаления опухоли. Рукава иманжеты из пористого тантала присоединялись механическим и/или металлургическим способом к эндопротезу из титанового сплава, образуя конструкции, способствующие сращению кости в областях резекции кости, а также сращению мягких тканей в местах прикрепления связок и сухожилий.

Пока ещё рано прогнозировать успешный исход через десять и более лет наблюдения, однако, обнадёживает тот факт, что не зарегистрировано ни одной ранней несостоятельности или "выделяющихся" случаев, даже при особо сложных ревизионных операциях на тазобедренном и коленном суставах с большими костными дефектами или при резекциях опухолей споследующей реконструкцией индивидуальными конструкциями. Этот пористый биоматериал открыл новые возможности для конструирования имплантат в силу уникальной комбинации физических и механических свойств и способности прорастать тканью, наряду с лёгкостью обработки и подготовки, что обеспечивает практически неограниченные возможности для конструирования.

2.6.Надколенниковые вставки

Надколенниковая вставка представляет собой уникальную конструкцию для восстановления биомеханики коленного сустава при недостаточном объёме или отсутствии надколенника.

Пористая танталовая сфера присоединяется к связке надколенника или оставшейся кости надколенника и фиксируется швами с расчётом на врастание ткани. Входе трёхлетнего наблюдения после одиннадцати последовательных сохраняющих операций, проведённых в университете Уэйна, наблюдалось увеличение объема движений, повышение функциональных уровней и снижение уровня боли при использовании этой конструкции. В отдельном исследовании, проведённом в Университете Пенсильвании, двадцать пациентов со значительным дефицитом кости надколенника подверглись ревизионной тотальной артропластике коленного сустава с применением надколенниковой вставки. После наблюдения средней продолжительностью двадцать три месяца, общее качество фиксации было отличным, и у семнадцати пациентов наблюдались хорошие или отличные клинические результаты.

2.7.Танталовые имплантаты в стоматологии

Проблема протезирования зубов и сегодня остается актуальной. Многие виды зубных протезов, особенно съемные, не удовлетворяют пациентов, так как создают большие неудобства при ношении.Последним достижением в области имплантации являются танталовые трабекулярные имплантаты. Новые имплантаты изготовлены из редкого металла тантала, который в отличии от титана намного лучше зарекомендовал себя в хирургии. 

 Некоторые особенности танталовых имплантатов, которые дают им преимущества над конкурентами:
Трабекулярная структура – особая губчатая структура имплантат, приближенная к структуре костной ткани ускоряет приживление имплантат; 
Увеличенная площадь соприкосновения с костью – обеспечивается благодаря трабекулярной структуре имплантата, что позволяет проводить имплантацию при недостаточном объеме кости; 
Материал изготовления трабекулярных имплантат – тантал, обладающий высокой биосовместимостью с тканями человека.

Заключение

Таким образом, ещё многие и многие годы человечество будет использовать металлы, которые продолжают играть ведущую роль в развитии всех  областей его жизнедеятельности.Смена «металлических веков» была связана с открытием для человека новых металлов и сплавов с улучшенными качествами по сравнению с предыдущими металлами и сплавами (причем, металлов - достаточно распространенных в природе); освоением способов их добычи или получения, а также освоением способов литья и ковки изделий из новых металлов и сплавов. Смена материалов для труда и производства влияло и влияет на технический прогресс в обществе. Роль химии при этом всегда была и остается - значительной.

Начавшаяся примерно 100 лет назад научно-техническая революция, затронувшая и промышленность, и социальную сферу, также тесно связана с производством металлов. На основе вольфрама, молибдена, титана и других металлов начали создавать коррозионно-стойкие, сверхтвердые, тугоплавкие сплавы, применение которых сильно расширило возможности машиностроения. В медицине используют хирургические инструменты из сплавов тантала и платины, уникальной керамики на основе оксидов титана и циркония.

В связи с этим являются актуальными знания и сравнительный анализ упругих свойств металлов и сплавов, используемых в сегодняшней медицине и медицинском приборостроении для изготовления инструментария. Титан  получил более широкое распространение, например, в имплантационной хирургии в связи с тем, что имеет малый удельный вес и высокие механические свойства. Чистый титан характеризуется высокой коррозионной стойкостью вследствие того, что на его поверхности образуется тонкая окисная плёнка, которая защищает его от большинства агрессивных сред.

Наука не стоит на месте. Вслед за появлением новых сплавов металлов разрабатываются и новые научные методы, в которых такие металлы могут быть задействованы. Трудно переоценить значение металлов в медицине. Металлические изделия окружают врача буквально со всех сторон: из них состоят скальпели и хирургическая посуда, корпуса и части аппаратов и другой техники, наконечники стержней в ручках, которыми выписываются рецепты… Изучение новых способов применения металлов в медицине находится на переднем крае науки, наряду с другими задачами, продвижение в которых даёт науке прогресс.Примером положительного применение протезирования являются такие великие спортсмены, как Евгений Плющенко, Оскар Писториус,Татьяна Макфадден.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.     doctorakopyan.ru

2.     fb.ru

3.     studbook.net

4.     Большая медицинская энциклопедия, Н.А. Семашко, А.Н. Бакулева, Б.В. Петровский, Москва «Советская энциклопедия» 1928 год.

5.     Габриелян О.С. М. Химия 9 класс Дрофа, 2015

6.     Популярная медицинская энциклопедия», главный редактор академик Б.В. Петровский, Москва «Советская энциклопедия» 1979 год.

7.     Публицистический журнал “ЗОЖ”.

8.