Создание искусственных кровозаменителей

Создание газотранспортных кровезаменителей на основе искусственного гемоглобина смотря на бурный старт, оказалось сложнее, чем ожидали. Межмолекулярные сила при создании полигемоглобина изменяют состояния между аминогруппами каждой отдельной молекулы гемоглобина и ограничивают подвижность ее a- и b- цепей. В результате гем либо плохо связывает, либо плохо отдает кислород, либо полигемоглобиновая молекула разваливается в кровеносном русле. При этом появляются многочисленные побочные эффекты. Несмотря на трудности разработка модифицированного гемоглобина продолжается, и оптимизм не покидает исследователей. Хотя значительного прорыва в доведении полигемоглобинового кровозаменителя до клинической практики в ближайшее время ожидать трудно.

Альтернативой кровезаменителя на ocнове модифицированного гемоглобина являются перфторуглеродные эмульсии созданием которых занимаются в институте биофизике РАН. Биофизиков интересовала не только их химическая ycтойчивость, но и большая способность жидких перфторуглеродов растворять газы. Они растворяют до 50 объемных процентов кислорода и в 4 раза больше углекислого газа. Для иллюстрации приведем два эксперимента, которые, в свое время привлекли к этому классу соединений внимание разработчиков кровезаменителей.

В 1962 г. Ж. Килстра (J.A. Kylstra) с соавт, опубликовали статью «Мышь как рыба», в которой показали, что мышь может оставаться живой, будучи погруженной в физиологический раствор, который под повышенным давлением насыщается кислородом. Четыре года спустя Л. Кларк (L. Clark) и Ф. Голлан (F. Goll) обнаружили, что такой эффект можно получить при нормальном атмосферном давлении, но вместо воды применить жидкий перфторуглерод. Как бывает со всяким тонущим грызуном, его легкие наполняются жидкостью, к великому удивлению, он продолжает дышать. В опытах Кларка крыса дышала до 10 м, затем ее вынимали, удаляли жидкость, после чего она жила несколько дней. Кларк считал, что крысы погибали от воспаления легких.

В институте Биофизике в Пущино этот эксперимент был повторен на мышах. В этих опытах они не выдерживали столь длительного пребывания под слоем жидкости. Перфгоруглероды в 2 раза тяжелее воды и в 1000 раз тяжелее воздуха, поэтому мускулатура легких мыши не может долго выдерживать такую нагрузку. Однако принудительное прокачивание через легкие может позволить животному длительное время дышать такой жидкостью. И все же массированная подача чистых перфторуглеродов в легкие не проходит бесследно (многие чистые перфторуглероды модифицируют мембраны клеток альвеол). Чтобы избежать последствий такого дыхания, необходимо использовать не один перфгоруглерод, а готовить специальные эмульгированные смеси из двух или более разных перфторуглеродов. Столь наглядная демонстрация газотранспортных свойств перфторуглеродов сразу привела к идее использовать их в качестве кровезаменителей.

В начале 80-х годов был проведен эксперимент со свободноплавающими инфузориями -тетрахименами (Tetrahymena pyriformis). Эти инфузории обладают окситаксисом. Поскольку вода плохо растворяет кислород (всего около двух объемных процентов), они периодически поднимаются к поверхностному слою за «глотком» кислорода, образуя при этом биоконвекционные потоки любопытной формы. Если кювету перевернуть и поместить в банку с жидким перфторуглеродом, рисунок траекторий меняется, так как теперь кислород поступает в воду из перфгоруглерода. Инфузории не всплывают наверх, а двигаются по дну на границе раздела «вода-перфторуглерод». Этот эксперимент, так же как и эксперимент с мышью-утопленницей, показал, что различные организмы - от инфузорий до млекопитающих - могут усваивать кислород, отдаваемый перфторуглеродами.

Рис. 4. Биоконвекция потребляющих кислород инфузорий тетрахимен в кювете толщиной 1,5 мм и высотой 6 мм: (а) - фотография установившихся потоков движения (верхний рис.) и схема движения (нижний рис.) тетрахимен в открытой кювете (кислород поступает в воду сверху из воздуха); (б) - фотография потоков движения (верхний рис.) и схема движения (нижний рис.) тетрахимен в кювете, перевернутой и помещенной в чашку Петри с перфторуглеродом (кислород поступает в воду снизу через слой перфгоруглерода).

Перед учеными стояли следующие задачи:

1. Создание и медико-биологическая апробация оксигенаторов крови на жидких фторуглеродных мембранах.

2. Создание «искусственной крови», предназначенной для возмущения кровопотерь.

3. Создание газопереносящих перфузионных сред для региональной перфузии и сохранения изолированных органов в целях трансплантации.

Был создан такой препарат - перфторан.

Препарат зарегистрирован как новое поколение кровезаменителей, обладающих газотранспортной функцией, улучшаюших газообмен и метаболизм на уровне тканей, повышающий кислородный транспорт крови, обладающий мембраностабилизирующей функцией, восстанавливающий центральную гемодинамику, обладающий протекторным действием на миокард и блокирующим медленные входящие кальциевые токи. Также он обладает сорбционными, диуретическими свойствами, улучшает динамику кровотока и периферическую микроциркуляцию крови. История разработки «голубой крови» в институте биофизике изложена в книге С.Э. Шноль « Герои и злодеи российской науки».- М: Крон-пресс, 1997. С.388-447.

Г Е М О С Т А З

Система гемостаза - одна из многих систем, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность организма, его целостность, приспособительные реакции и гомеостаз. Система гемостаза не только принимает участие в поддержании жидкого состояния крови в сосудах, резистентности стенки сосудов и остановке кровотечения, но и оказывает влияние на гемореологию, гемодинамику и проницаемость сосудов, участвует в заживлении ран, воспалении, иммунологической реакции, имеет отношение к неспецифической резистентности организма.

Остановка кровотечения из поврежденного сосуда является защитной реакцией организмов, имеющих кровеносную систему. На ранних этапах эволюционного развития гемостаз осуществляется в результате сокращения сосудов, на более высокой ступени появляются специальные кровяные клетки-амебоциты, обладающие возможностями прилипать к поврежденному участку и закупоривать рану в сосудистой стенке. Последующее развитие животного мира привело к появлению в крови высших животных и человека специфических клеток (кровяные пластинки) и белков, взаимодействие которых при повреждении сосудов приводит к образованию гемостатической пробки - тромба.

Система гемостаза - совокупность и взаимодействие компонентов крови, стенки сосудов и органов, принимающих участие в синтезе и разрушении факторов, обеспечивающих резистентность и целостность стенки сосудов, остановку кровотечения при повреждении сосудов и жидкое состояние крови в сосудистом русле (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схематичное изображение системы гомеостаза

В ответ на повреждение сосуда развертывается два вида последовательных процесса - сосудисто-тромбоцитарный гемостаз и коагуляционный гемостаз.