- згортання крові;
- активація гуморальних і клітинних медіаторів запалення систем: комплементу, арахідонової кислоти, калікреїн-кініну, гістаміну, цитокінів;
- розвиток запального і репарационного процесів;
- активація системи імунітету;
- проліферація і міграція фібробластів, ріст судин, грануляційної тканини;
- фіброз, формування капсули;
- реорганізація та інволюція рубця або капсули.
З іншого боку, відбувається зміна властивостей самого матеріалу за рахунок деформації, зношування, корозії, розчинення, розробці та біодеградації.
Імплантовані в організм біоматеріали контактують, перш за все, з поза- і внутрішньоклітинними електролітами крові, лімфи, міжклітинної рідиною, клітинами і ферментними системами організму. Кров складається з плазми, зважених в ній клітин і різноманітних біомолекул (альбумінів, глобулінів, вуглеводів, ліпопротеїнів, органічних кислот і т.п.). До клітинам крові відносяться еритроцити, лейкоцити і тромбоцити. При цьому на кордоні середовищ (тверде тіло-рідина, газ-рідина, рідина-газ) змінюються властивості кожної з дотичних один з одним фаз, при цьому межа між ними ніколи не буває гомогенною. Наприклад, змінюється щільність електричного заряду, орієнтація молекул, швидкість електрохімічних реакцій. Утворюється плівка товщиною від 10 до 29 ангстрем, в якій молекули сконцентровані і міцно пов'язані між собою. Процес, що приводить до аномально високої концентрації речовини з рідкого середовища на поверхні її розділу з твердим тілом, називається адсорбцією. Розрізняють фізичну адсорбцію, коли не відбувається хімічна зміна адсорбованих молекул. У живій тканині більш часто зустрічається інший тип, який отримав назву хемосорбция. При цьому молекули можуть адсорбуватися на поверхні вводиться матеріалу не тільки монослойного, але і у вигляді багатошарових комплексів. Зазвичай товщина таких шарів в биосистемах становить 5-15 ангстрем. З ростом температури швидкість хемосорбції зазвичай зростає, а енергія, що виділяється в її процесі, становить понад 80 кДж / моль. Паралельно з процесом адсорбції йде десорбція молекул. У разі рівного розподілу швидкості адсорбції і десорбції виникає так зване адсорбційна рівновага. Залежність між рівноважної адсорбції при постійній температурі називається изотермами. Найбільш загальна ізотерма адсорбції описана формулою Ленгмюра:
де θ - відносна ступінь заповнення поверхні адсорбованими молекулами, k - константа, що залежить від температури і взаємодії між частинками адсорбенту і адсорбату, р - тиск.
Конструкції, використовувані для заміни функцій в ортопедії, травматології та стоматології, надають на обмін речовин вплив, порівнянне з дією компонентів біологічного середовища. Наприклад, деталі для протезування в порожнині рота, а також вставки для відновлення каріозних пошкоджень зубів, повинні мати дуже гладку поверхню для того, щоб утруднити освіту первинного шару, багатого протеїнами, до якого можуть прилипати Streptococcus mutans і інші бактерії, що викликають карієс.
Активацію імунної системи біоматеріали можуть здійснювати через такі основні механізми:
- вплив на процеси проліферації і диференціювання імунокомпетентних клітин через адгезини, ростові фактори, інтегрини, хемокіни, цитокіни та інші макромолекули, адсорбуватися на поверхні імплантату;
- трансформація біомолекул в антигени через реакцій з продуктами, які виділяються з матеріалу в процесі корозії, біодеградації і вилуговування або електрохімічних реакцій;
- конформаційні зміни абсорбованих біомакромолекул в електричному полі поверхні зі зміною в третинної, четвертинної структурі, що відбувається під дією зміни водневих зв'язків, сил електростатичних і (або) Ван-дер-Ваальса.
А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки