Одним из принципов обучения является наглядность, позволяющая в мельчайших подробностях увидеть изучаемый объект, явление или процесс. В ходе моделирования коррозионных препаратов была разработана методика их изготовления.
Процесс создания коррозионных препаратов основан на затвердевании инъецируемой массы в полостях биологических объектов, сосудах кровеносной системы, почечных канальцах и прочих полостных структурах и последующем разрушении под действием щелочей тканей органа, не исключая и оболочек сосудов. Для изготовления коррозионных препаратов авторы применяли стоматологические пластмассы акрилового ряда (АКР-7, акрел, этакрил, стиракрил и др.), выпускаемые Харьковским заводом медицинских пластмасс и стоматологических материалов «Стома».
Нами для изготовления коррозионных препаратов использовалась пластмасса холодного твердения Протакрил-М, представляющая собой композицию акриловой группы типа «порошок-жидкость», в которой порошок состоит из мелкодисперсного окрашенного в розовый цвет полиметилметакрилата с 1,5 % перекиси бензоила и 2,0 % дисульфаниламина, растворитель ‒ метилметакрилат с 0,1–0,2 %-ми диметилпаратолуидина.
Механизм реакции полимеризации (отвердения) является радикальным. В качестве активатора процесса использовалась перекись бензоила.
При смешении компонентов пластмассы протакрил-М – порошка и растворителя метилметакрилата ‒ образуется формовочная масса, которая в зависимости от вида работы, исполняемой стоматологом, может быть применена на разных стадиях набухания [4].
1 стадия – песочная. Мономер протекает сквозь зерна полимера подобно тому, как вода просачивается сквозь песок. Наружный слой зерен полимера, смоченный жидкостью, приобретает бархатистый вид и бледно-розовую окраску. Песочная стадия начинается сразу после смешения порошка с жидкостью и в зависимости от температуры может продолжаться от 30 секунд до 5 минут. В песочной стадии мономер-полимерная смесь непригодна к использованию.
2 стадия – вязкая или стадия тянущихся нитей. Начальный период этой стадии характеризуется высокой липкостью и клейкостью, при этом формовочная масса высокопластична и сверхтекуча. На этой стадии формовочную массу используют для работ, требующих высокой адгезии (прилипания).
3 стадия – тестообразная. Формовочная масса в этой стадии набухания характеризуется потерей липкости, хорошей пластичностью и малой текучестью. В таком состоянии формовочную массу удобно наносить на гипсовые модели, что и делают стоматологи.
4 стадия – резиноподобная. Формовочная масса восстанавливает приданную ей форму даже при существенном механическом воздействии на нее.
Значительное влияние на прочностные свойства сформованного акрилового пластика оказывает обьемная усадка формовочной массы, которая может достигать величины до 20 % . Обьемная усадка существенно зависит от соотношения мономер/полимер. По данным [2], снижение обьемной усадки до 6–7 % достигается при соотношении мономера к полимеру 1:3, а по данным [5] – 1:2. Линейная усадка с учетом технологических приемов для самотвердеющих пластмасс составляет в среднем от 0,15 до 0,5 %.
В настоящее время в биологии и медицине применяются несколько типов анатомических препаратов [8], которые в зависимости от цели обучения выполняют определенную функцию.
Различают следующие анатомические препараты: влажные, сухие, проглицериненные и коррозионные. Наиболее распространенным способом сохранения органов пищеварения, дыхания, выделительной системы и пр. являются так называемые влажные препараты. Объект (орган) консервируется в 3–5 % растворе формалина или в 70–80 % этиловом спирте. Предварительно орган очищается изнутри и с его внешней поверхности удаляются лишние ткани. Недостатком влажных препаратов является то, что биологические объекты вначале постепенно обесцвечиваются, а далее теряют эластичность и сильно уплотняются [9].
Сухие препараты используются прежде всего для демонстрации костей и очень редко ‒ внутренних органов. Изготовление препаратов достигается обработкой материала спиртом и скипидаром. Сухие препараты имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими: они очень демонстративны, не требуют реактивов и банок для хранения, не портятся, хорошо отражают особенности топографии, форму и строение органов и костей. После обработки скипидаром объект приобретает вид белой замши и для большей демонстративности может быть раскрашен акварельными или другими типами красок.
Проглицериненные препараты используются для моделирования мышечной ткани внутренних органов и нервной системы. В отличие от фиксируемых в формалине проглицериненные препараты хорошо сохраняют естественную окраску и эластичность биологического объекта в целом, дают правильное представление о наружном виде органа. Готовый препарат содержат в плотно закрытой банке или витрине, его периодически смазывают чистым глицерином вначале 2–3 раза в месяц, затем ‒ не менее 3–4 раз в год. В таком виде препараты сохраняются в течение десятилетий [8].
Предлагаемые нами коррозионные препараты представляют собой точный слепок внутренних полостей органа. Например, для сердца это могут быть предсердие и желудочек, для почки ‒ тончайшие разветвления кровеносной или мочевыводящей систем органа. Таким образом, если первые три типа препаратов демонстрируют внешний вид органа, то предлагаемые демонстрируют внутреннее, не видимое, строение органа или системы. В первых трех случаях биологический объект сохраняется, а в последнем – разрушается.
При изготовлении коррозионных препаратов в 60–80-е годы в качестве наполняющих композиций применяли готовые масляные краски смоляные массы, например, состава: канифоль – 1000 г, воск – 300 г, скипидар – 25 г [9].
В предлагаемом нами исследовании подробно описана методика и технология изготовления коррозионных препаратов на основе зуботехнической пластмассы Протакрил-М — относительно дешевом и доступном материале, продающемся в аптечной сети.
Объектами предварительного исследования (модельными объектами) были выбраны продаваемые в торговой сети замороженные сердца курицы‒бройлера. Малый объем объекта, его доступность явились преимуществами перед другими биологическими объектами. Именно на биоматериале сердце курицы‒бройлера были изучены условия и факторы создания коррозионных препаратов.
Закачивание пластической массы в биологический объект осуществлялось с применением медицинских одноразовых пластиковых шприцов Жане на 2,5; 5,0 и 10 мл соответственно и стеклянного многоразового шприца на 10 мл Рекорд.
Основной задачей исследования явилось нахождение оптимального соотношения порошка и жидкости пластмассы Протакрил-М. Именно соотношение твердой и жидкой фаз, по данным литературных источников [1, 2, 4], определяет продолжительность вязко-текучей стадии набухани. Если в стоматологической практике очень важны 3 и 4 стадии формирования пластмассы, то в нашем исследовании приоритет должен быть отдан 1 и особенно 2 (вязко-текучей) стадии, потому что именно в таком состоянии пластмасса может быть закачана в биологический объект. Результаты зависимости продолжительности стадий отверждения пластмассы Протакрил-М от соотношения твердого и жидкого компонентов пластмассы приведены в табл. 1.
Таблица 1
Влияние соотношения компонентов пластмассы Протакрил-М на продолжительность фаз затвердевания
|
Соотношение компонентов |
Общее время затвердевания, мин |
Продолжительность стадий затвердевания, мин |
|||
|
Песочная |
Вязко-текучая |
Клейкая |
Пластичная |
||
|
3/1 |
25 |
1 |
4 |
12 |
8 |
|
2/1 |
30 |
2 |
9 |
10 |
9 |
|
1,8/1 |
31 |
2 |
9 |
10 |
10 |
|
1,6/1 |
33 |
2 |
10,5 |
11,5 |
9 |
|
1,4/1 |
39 |
2,5 |
11,5 |
13 |
11,5 |
|
1/1 |
40 |
2,5 |
12 |
13 |
12,5 |
|
1/2 |
50 |
4 |
13 |
17 |
16 |
Из данных табл. 1 видно, что оптимальным соотношением является отношение 1,6:1, так как в дальнейшем наблюдается общий скачок времени затвердевания с 33 мин до 39 минут, что по данным [3] свидетельствует о превышении концентрации мономера (жидкий компонент) над полимером (твердый компонент).
Предварительные исследования показали, что закачивать формовочную массу именно Протакрила-М следует примерно на 3 минуте после смешивания компонентов. Из данных табл. 1 ‒ это время соответствует окончанию песочной и началу вязко-текучей стадии формирования пластмассы. Поэтому стала очевидной необходимость определения, на какой минуте набухания следует закачивать формовочную массу в биологический объект. Были выбраны следующие интервалы отбора массы после перемешивания компонентов: 2,5–3, 4–5, 6–7, 8–9, 10–11 мин. в пределах 12-минутной длительности вязко-текучей стадии. По нашим наблюдениям, 2–2,5 мин набухания было явно недостаточно для гомогенизации смеси перед закачкой в биологический объект.
Была проведена серия экспериментов, включающая в себя операции по замешиванию, закачиванию пластмассы в орган и последующему гидролизу всех тканей органа с целью выделения пластмассового скелета кровеносной системы сердца курицы‒бройлера. Полученные результаты показали целесообразность отбора пластмассы на 2,5–3 минуте и выдержку пластмассы в шприце 6–8 минут без доступа кислорода. При соблюдении этих условий остается еще 9–10 минут на заполнение органа формовочной массой. В предыдущих опытах пластмассу выдерживали в незакрытом бюксе и только после этого набирали в шприц.
Формовочную массу возможно выдерживать в шприце до 12–15 минут, хотя лучше всего вводить пластмассу в биологический объект именно на 6–8 минуте. Большее время набухания формовочной массы в шприце отражается на качестве модели. В скелете образуются разрывы пластмассового тела, что свидетельствует о попадании в полимер-мономерную смесь воздуха через шприц вследствие возрастания вязкости пластмассы.
Для окрашивания акриловых полимеров применяют как органические, так и неорганические красители и пигменты [2]. Стоматологическая пластмасса окрашивается в бледно розовый цвет на стадии эмульсионной полимеризации (твердая компонента стоматологического набора). Этот цвет соответствует окраске внутренней поверхности ротовой полости. При моделировании артериальной или венозной систем органа, бронхиального дерева и др. полостных структур следует окрашивать пластмассу в соответствующие цвета.
Наиболее применимыми оказались Судан-III и органические красители красного цвета, сульфо-хромат свинца – желтый пигмент, железный марс – коричневый, мелорий – синий, хромо-молибдат свинца – оранжевый. Указанные соединения являются неорганическими окрашивающими веществами, т.е. пигментами, и применяются в лакокрасочной промышленности. Получаемые пигменты имеют помол (именуемый перетиром) от 40 до 80 мкм. При изготовлении алкидной краски пигмент перетирается на бисерных мельницах до 2–8 мкм. Следовательно, без соответствующего перетира применять пигмент для окрашивания наполняющих особенно тончайшие капилляры пластмасс нецелесообразно. Таким перетиром обладают индикаторы, применяемые в химическом анализе. Их основное требование – они должны растворяться в мономере. Ни один из апробированных индикаторов (ализарин, эозин, крезоловый красный, метиленовый голубой, фуксин) не растворяется в мономере, либо коагулирует при замешивании пластмассового теста.
Для колерования мономера, метилметакриолата, хорошо подошли пигментные пасты (PUFAMIX – PUFAS Werk RG – 34334 Hann/Munden\Germany), предназначенные для колерования водо-дисперсионных красок и акриловых лаков. Дальнейшее смешение окрашенного мономера с мелкодисперсным (гранулированным) полимером показало хорошую совместимость и устойчивость цвета пластика во времени. Широкий спектр колеровочных паст PUFAMIX позволяет получить коррозионный препарат практически любого цвета. В работе нами применены пасты PUFAMIX красного и синего цветов.
В эксперименте дополнительно было исследовано время, температура и условия формирования пластмассы в биологическом объекте. В литературе встречаются два термина, связанных с обработкой пластмассы – формирование и формование. Формование – это придание пластической массе в вязко-текучем состоянии определенной формы, которая сохраняется при ее затвердевании. Формирование – это придание затвердевающей пластмассе определенных физико-химических и технологических свойств [4, 5].
Известно, что оптимальные прочностные свойства зуботехнической пластмассе придает медленный нагрев заготовки до 100 °С в течение 3–3,5 часов в воде и постепенное охлаждение изделия на воздухе при 20–25 °С [1, 2]. Нами были исследованы четыре варианта формирования пластмассы в биологическом объекте:
а) на открытом воздухе;
б) в эксикаторе, заполненном парами воды естественного испарения;
в) в воде;
г) в водном растворе 1 % СН3СООН.
В воде и в водном растворе 1 % уксусной кислоты температура составляла 20–25 °С. Установлено, что условия выдержки заполненного пластиком органа практически не влияют на успешность формирования коррозионного препарата. Однако из-за усыхающих тканей органа возрастает время щелочного гидролиза ткани с 95–100 до 150 минут. Наилучшие результаты получены при формировании коррозионного препарата в 1 % водном растворе уксусной кислоты. Время формирования зависит от сечения ткани и обьема моделируемого объекта, в нашем исследовании оно составило в среднем 2 часа.
В нашей работе изготовлены крупные коррозионные препараты почки и сердца свиньи; внутренние органы этого млекопитающего наиболее близки по строению к органам человека.
Технология изготовления коррозионного препарата кровеносной системы почки свиньи состоит в следующем.
Масса почки составила 137 г, поэтому, учитывая соотношение масса объекта: масса пластмассы, равное 10/1, следовало замешать примерно 14 г пластмассы Протакрил-М при найденном нами соотношении 1,6:1. Искомая величина составляет 8,16 г розового порошка и 9,79 мл (5,83 г) растворителя-мономера. В фарфоровую чашку засыпали отмеренное количество порошка в граммах и, включив секундомер, приливали мономер, одновременно перемешивая стеклянной палочкой. Добавляли необходимое количество выбранной по цвету пигментной пасты PUFAMIX, еще раз перемешивали. По секундомеру на 180 секунде (2,5 мин) затягивали формовочную массу в шприц Рекорд, и выдерживали в нем еще 5 минут (контакт с воздухом ограничен).
В это время перетягивали одну из вен ниткой, а на другую вену набрасывали ниточную петлю. Вставляли шприц в вену и, удерживая объект руками, равномерно подавали пластмассу внутрь почки. Почка расправляется, разбухает, приобретая естественную округлую форму. Перетягивали ниточной петлей наполненную вену и извлекали шприц. Почку с пластмассой опускали в стеклянный стакан с 1 % водным раствором уксусной кислоты на одну ночь.
По прошествии этого времени гидролизовали ткани почки. На объект массой 137 г потребовалось 700 мл 40 %-го гидроксида натрия, что сохраняет пропорцию: на 10 г массы органа – 50 мл щелочи. Из-за высокой плотности раствора гидроксида натрия почка всплывает на поверхность. Для того чтобы погрузить ее полностью в щелочь, на штативе закрепили лапку и в эту лапку вставили кольцо, которое мешало всплытию органа на поверхность. Гидролиз проводили в химическом стакане объемом 1 литр. Нагрев раствора щелочи до 95 °С производили на электрической плитке с регулятором мощности. Температуру раствора фиксировали по показаниям термометра, закрепленного в штативе. Время гидролиза составило 120 минут. Для удаления остатков тканей коррозионный препарат промыли под струей холодной воды.
Изготовленные препараты могут храниться в научно-исследовательских лабораториях и музеях биологических факультетов педагогических и медицинских вузов, а также использоваться на лабораторно-практических занятиях при изучении курсов анатомии и физиологии.
Рецензенты:
Воробьева Т.Г., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой биологии, ФГБОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет», Министерство образования и науки, г. Омск;
Курдуманова О.И., д.п.н., профессор, заведующая кафедрой химии и методики обучения химии, ФГБОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет», Министерство образования и науки, г. Омск.
Работа поступила в редакцию 19.02.2013.
Библиографическая ссылка
Орлова Л.Н., Шалыгин С.П. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРРОЗИОННЫХ ПРЕПАРАТОВ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ЖИВОТНЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКРИЛОВЫХ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ ПЛАСТМАCC // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4-3. – С. 650-654;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31249 (дата обращения: 23.11.2024).