Смазочная жидкость для суставов

ВРЕТЕ ТЕНТУ Комитет Российской Федерации до патентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ(71) Институт механики металлопопимерных системАН БССР(54) СМАЗОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ СУСТАВОВ(57) Изобретение относится к медицине, в частности к ортопедии и травматологии. Цель - создание смазочной жидкости, обеспечивающей антифрикционные свойства и имеющей структуру, присущую синовиальной жидкости суставов. Дпя этого предлагается состав, содержащий холе стериловый эфир олеиновой кислоты, карбоксиметипцеплюлозу и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, мас 36: холестериповый эфир олеиновой кислоты 0,5 - 1,0; карбоксиметилцеллюпоза 2,0 - 3,0; дистиллированная вода - остальное.1 ил, 3 табл.Изобретение относится к медицине икасается средства, которое может быть использовано в качестве смазочного веществадля суставое,Известно применение в качестве смазочных веществ для суставов синтетическихматериалов. Например, исследовалось при.менение для этих целей кремнийорганических жидкостей. Однако эти исследованияне дали существенных результатов и не имели статистической значимости. Положительный результат, которьй был получен прииспользовании кремнийорганической жидкости вязкостью 300 ССТ, можно обьяснитьвысокой вязкостью смазочного .вещества,приводящей к разделению поверхностейхрящей друг относительно друга и следовательно способствующему уменьшению износа и болевых ощущений у пациентов. Нов то же время увеличение вязкости смазочного вещества неизбежно влечет аа собойболее высокие усилия сдвига, что нежелательно.В известной работе сравниваотся зависимости коэффициента трения от продолжительности действия нагрузки парыхрящ-стекло при смазке синтетическими поверхностно-активными веществами (анион.ные и катионные ПАВ) и биологическимсмазочным веществом - сичовиальнай жир;костью. Несмотря на то, что растворы ПАВпри оптимальном рН даот довольно низкиезначения коэффициента трения, между ними и синовиальной жидкостью существуетнесовместимость, которая проявляется вследующем:) кеэффициент трения от нагрузки парь щмщ-стекло в присутствии синовии прохойМг череп минимум, в та время, как длявыбрениых синтетических ПАВ он монотоннв сйижается. При этом значении коэффициента трения не коррелируют с вязкостьюисслещемых веществ;2) гьроведенные исследования с помощью электронной микроскопии показали, что в начальный период ПАВ невызывает никаких видимых поврежденийхряща, но в течение последующего, сравнительно длительного времени это свойствоне сохраняется,Таким образом в настоящее время несуществует такого искусственного смазочного вещества, которое с успехом замечилобы биологическое смазочное вещество - синовиальную жидкость. Для такой успешнойзамены неОбходимым условием прежде всего является подобие антифрикционныхсвойств 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 сближатьхарактеры взаимодействия искусственного смазочного вещества и синовиальной жидкости с поверхностью хряща как в статических, так и динамических условиях.Целью изобретения является обеспече"0 ние антифрикционных свойств и структуры,присущих синовиальной жидкости.Поставленная цель достигается тем, чтопредлагаемая смазочная жидкость содержит холестериловый эфир олеиновой кисло 15 ты, 1 ча-карбоксиметилцеллюлозу идистиллированную воду при следующем соотношении. компонентов, мас.%;Холестериловый эфирОлеиновой кислоты 0,5-1,020 Ма-карбоксиетилцеллюлоэа 2,0-3,0Дистиллированнаявода Остальное,На чертеже изображены зависимостькоэффициента трения пары хрящ-стеклопри смазке: 1 - составом 1; 2 - составом 2;3 - составом 3; 4 - синовиальной жидкостью; 5 - полиметилсилоксаноаой жидкостью ПМС, б - ПМС,Как показал анализ предлагаемый состав не имеет аналогов, т.к, впервые обнаружены в синовиальной жидкостисоединения холестерина, образующие жидкскристаллическую фазу. Это и позволило35 разработать смазочный состав со свойствами, близкими к свойствам биологическойЖИДКОСТИ - СИНОВИИ,При выборе компонентов состава руководствовались следующим.40 1. При проведении исследований поиэучвнио механизма трения и износа суставов использовались известные работы, посвященные исследованию анизотропныхжиров, представляющих собой эфиры орга ф45 нических кислот холестерина, обладающиеспособностью в определенном диапазонетемператур Образовывать мезофазу, т.е,жидкокристаллическую фазу. В последствии их ОСнаружили в самых различных Орга 50 нах человека и в животных, Однакоотносительно наличия таких жидкокристаллических веществ в суставах сведений необнаружено, Поэтому были выполнены исследования, целью которых было установить55 наличие жидкокристаллических соединенийхолестерина в сиповиальной жидкости суставов. Исследования проводились в два этапа. На первом - определялось наличие всиновиальной жидкости холестерина, а навтором - с использованием поляриэацион2002461 СНз СнСн-Сн-Сн;сн.;Сн13 СН .1СН С СИСНсн,С 1 сн сн сн,СЙ, С СнСН- СНД - СН=СН - (СНСООСН С СН г ной.мироскои исслдовалас 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, который и был использован. Он заключается в следующем, К 2,1 мл реактива Либерман-Бурхард очень медленно добавляли 0,1 мл исследуемой жидкости (синовиальной жидкости); Пробирку при этом энергично встряхивали. после чего термостатировали 20 мин при 37 С. Затем колориметрировали против реактива Либерман-Бурхард на ФЗКПМ при красном светофильтре (630- 690 нм) в кювете толщиной 5 мм. Концентрацию холестерина определяли при помощи известного калибровочного графика. Образцы синовиальной жидкости при помощи стерильного шприца брались из коленных суставов людей и крупных животных. В результате этих эксг 1 ериментов был Обнаружен холестерин в составе синовиальной жидкости животных и человека, а именнодля животных О,З+ 1,48 ммольл для человека 2,18+ 4,2 ммоль/л.Таким образом были установлено, что в составе синовиальной жидкости присутствует холестерин, Однако необходимо было выяснить 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 Ипри 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, кото 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 рые показали, что высушенная синовиальная жидкость содержит оптически активные включения. При скрещенных поляроидах они проявляются как светящиеся точки или облас 1 и, Нагревание приводило к исчезновению свечения, а последующее охлаждение - к его появлению. После охлаждения оказалось, что вещество светящейся области при нагревании расплавилось и растеклось по существовавшей трещине, вызвав после охлаждения свечение по ее кромкам. Последующие циклы нагревания-охлаждения 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 исследований синовиальной жидкости следует, что в составе ее находятся соединения холестерина в жидкокристаллическом состоянии, т.е, эфиры холестерина с мезофазой при температуре 36-40 С, соответствующей температуре живого организма,2. Было экспериментально установлено, что холестериловый эфир олеиновой кислоты способен обеспечить резкое снижение коэффициента трения и повь 1 шение износостойкости пар трения, Это объясняется тем, что холестериловый эфир олеиновой кислоты при определенной температуре (36-40 С) является жидким кристаллом, Последний же обладает слоистой структурой с очень низким сопротивлением сдвигу и его молекулы ориентируются длинными осями вдоль макрорельефа поверхности. Благодари этому в зоне трения создаются благоприятные условия, обеспечивающие незначительные потери энергии при относительном перемещении контактирующих тел,Изложенное позволило в качестве первого компонента предлагаемого смазочного состава использовать холестериловый эфир олеиновой кислоты, имеющей следующее химическое строение:5 10 15 20 25 30 50 эффект не реализуют. При этом образцы хряща были неподвижны, а чашка Петри с исследуемой жидкостью вращалась.Выбор машины торцевого трения был обусловлен необходимостью максимально приблизить условия экспериментов к естественным условиям трения хрящей в суставах и основан на анализе работы коленного суставного сустава крупного животногс. Образцы хряща на машине тоения ориентировались так, чтобы направления движения чашки совпадало с направлением преимущественного движения в суставе,Кроме этого для того, чтобы повысить статическую значимость экспериментов они проводились следующим образом, С использованием свежих образцов синоидальнй жидкости и хрящей ст роилась зависимость коэффициента трения от нагрузки хрящей по стеклу в среде синовиальной жидкости. Эта зависимость строилась по средним значениям 40 параллельных опытов и служила своеобразным эталоном для отбора в дальнейшем образцов для экспериментов.Отбор проводили следующим образом, Из поступивших для исследования хрящей вырезались образцы и с их использованием строилась зависимость коэффициента тренйя от нагрузки, т.е. аналогичная эталоннрой Если разность между значениялги полученной и эталонной зависимостей была статистически незначима с гарантией 99,4, то хрящ использовался для дальнейших исследований с использованием других сред. В противном случая хрящ к экспериментам не допускался. Эксперименты повторялись пятикратно, а результаты обрабатывались методами математической статистики.8 данных экспериментах использовалась синовиальная жидкость, вэятая 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 фрикционньгх испытаний смазочных веществ, приведенных в табл, 2, представлены в табл. 3, а графики зависимости коэффициента трения от нагрузки для них - на чертеже:Кривая 1 соответствует составу 1;Кривая 2 соответствует составу 2;Кривая 3 - соответствует составу 3;Кривая 4 соответствует синовиальной жидкости; Кривая 5 соответствует ПМС;Кривая б соответствует ПУ,С, Как видно из результатов экспериментов и графиков, представленных на чертеже присутствие только КМЦ-Ма в смазочной жидкости состав 1) при кон,нтрации, создающей достаточно высокую вязкость состава, не обеспечивает антифрикциснных свойств сравнимых с антифрикционными свойствами синовиальной жидкости, Введение хслестарилового эфира слеинсвой кислоты (состав 2) приводит к, более значительному снижению коэффициента трения при меньшей концентрации КМЦМа, чем в составе 1. Однако содержание компонентов в составе 2 еще недостаточно для получения антифрикциснных свойств, близких антифрикциснным сВОйстВам синО- виальной жидкости, Наиболее эффективно действие предлагаемой смазочной жидкости проявляется при концентрации холестериловсго эфира олеинсвой кислоты более 0,5 мас.0 и КМЦ-Иа более 2,0 мас.,. Дальнейшее увеличение концентрации обоих компонентов составы 4 и 5) не приводит к улучшению антифрикционных свойств смазочной жидкости, т.е. получены значения коэффициента трения, также как для состава 3. Увеличение концентрации холестерилового эфира олеиноаой кислоты более 1,0 мас,%, например состав 6 1,25 мас. Я также не вызывает улучшения антифрикционных свойств смазывающей жидкости, При этом установлено, что характер трения пары хрящ-стекло в предлагаемой. смазочной жидкости. При этом установлено, что характер трения паоы хрящ-стекло в предлагаемой смазочной жидкости и синовиальной жидкости совершенно одинаков, что проявляется в одинаковом характере зависимости коэффициента трения от нагрузки, проходящей через минимум (кривые 3 и 4), причем значения коэффициентов трения в обоих случаях практИчески одинаковы. Аноматгьное явление прохождения коэффициентов трения через минимум для пар хрящ-стекло в присутствии ггредлагаемогс смазочного вещества также достигнуто впервые, т.к, Все известные составы этот Следовательно, наилучшими фрикциснными характеристиками обладают составы, содержащие, мас,:Холестерилсвый эфиролеиновой кислоты 0,5 - 1.0Ма-карбоксиметггл целлюлозаа 2,0-3,0ДистиллированнаяВода Остальное.2002461 Таблица 1 Влияние содержания КМЦ-йа в водных растворах на их.вязкость, Таблиц оставы смазочной жидкост 3 л езультаты экспериме Проводилось исследование структуры образцов синовиальной жидкости и предлагаемой смазочной жидкости. Для этого на предметные стекла наносилось несколько капель каждой жидкости, затем они высушивались при комнатной температуре и исследовались на микроскопе йИ(ГДР).Приведенные результаты свидетельствуют о том, что лишь совместное действие компонентов, входящих в предлагаемую смазочную жидкость, позволяет обеспечить подобие антифрикционных свойств и структуры предлагаемой смазочной жидкости ссиновиальной,Достоинством предлагаемой смазочнойжидкости является то, что она не токсична и5 может быть носителем водорастворимых лекарственных препаратов, например ацетилсалициловой кислоты, преднизалона и т.д.,применяемых при лечении лифектартритов. 10 56) Ягокбопоч 1 с О, ет а 1 Аппа 1 з о 1 Фе ВЬеОаат 1 с 01 ззсазез, 1975, чо 1. 34, зцрр 1 е р,р, 100.2002461 ри следумас, ф. 0,5 - 1,0 2,0 - 3,0 альное Формула изобрСМАЗОЧНАЯ ЖИДКО ВОВ, отличающаяся тем, обеспеченйя антифрикцио структуры, присущих синов сти, она содержит холест олеиновой кислоты, кэрбо етения СТЬ ДЛЯ СУСТА.что, с целью нных свойств и иальной жидкоериловый эФир ксиметилцеллюПродолжение табл,З. родолжение табл,З оэу и дистиллированную воду пющем соотноаении компонентов, Холестериловый эфир олеиновой кислоты Карбоксиметилцеллюлозэ Дистиллированная войа О