Переноскичи кислорода. Модифицированные гемоглобины

Обновлено: 25.04.2024

Каждую секунду кто-то в мире нуждается в гемотрансфузии, но многие пациенты не имеют доступа к ней, когда она остро необходима. Однако применение крови или ее компонентов сопряжено с целым рядом проблем, особенно при необходимости экстренной коррекции массивной кровопотери: риск заражения гепатитом или ВИЧ-инфекцией, необходимость затраты времени на определение группы крови или заболевания крови, а также условия хранения и стоимость [1].

История кислородотерапии началась в 17 веке, показав эффективность при многих заболеваниях, и с тех пор ведется поиск веществ, способных улучшать оксигенацию. Многие вещества были тестированы в опытах на животных, некоторые одобрены для применения в клинической практике. Эффективные и безопасные искусственные переносчики кислорода (ИПК) могут быть полезными в госпиталях, экстренных службах, банках крови и операционных [2]. Необходимость в них наиболее острая в странах, где доступность медицинской помощи и трансфузионный сервис низкие. Поэтому поиск кровезаменителей продолжается и актуален. В связи с этим фторуглеродные смеси давно привлекают внимание исследователей разных стран как транспортная среда для O₂ и СО₂, поскольку обладают высоким сродством к ним. Они все шире используются в таких странах как США, Япония, Россия, Великобритания. Несмотря на эффективность, некоторые фторуглероды не применяются из-за вторичных побочных эффектов, например Флюозол.

Идеальный ИПК должен быть широко доступен, недорог, нетоксичен, эффективен в транспортировке и доставке кислорода, совместим с другими компонентами крови, легко храним и транспортируем, при этом срок годности должен быть, по меньшей мере, 1 год. К тому же, ИПК должен быть непатогенен, свободен от вирусов и бактерий. Предпочтительно ИПК должен иметь продленное время циркуляции [3]. Но, до сих пор не найден идеальный переносчик кислорода [4]. На данный момент имеется 2 типа ИПК, в зависимости от типа переноса кислорода: гемоглобин-модифицированные переносчики кислорода, в которых кислород связывается с коньюгированным гемоглобином и перфторуглеродные переносчики кислорода, в которых кислород растворяется физически.

Основное различие между этими двумя типами ИПК – это молекулярная структура, механизм связывания и освобождения кислорода и углекислоты, параметры и транспортные механизмы, природа материалов, производственный процесс и стоимость [4].
Первый представитель модифицированных гемоглобинов – это раствор рекомбинантного гемоглобина. Однако результаты использования были неудовлетворительными: быстрая элиминация, высокое сродство к кислороду, токсичность, вызванная наличием стромы [5]. Токсические эффекты проявляются в виде брадикардии, вазоактивных реакций, гастроинтестинальной диспепсии, панкреатотоксичности. Несмотря на все попытки, модифицированный гемоглобин не нашел широкого применения в клинической практике [6].

Эмульсии перфторуглеродов (ПФУ) продемонстрировали обещающие результаты как переносчики кислорода благодаря своей инертности и высокой растворимости кислорода и двуокиси углерода. Поскольку перфторуглероды не смешиваются с водой, они эмульгируются при внутривенном введении. Они могут производиться в большом количестве, даже несмотря на дороговизну составляющих материалов массовая продукция может быть эффективной по стоимости. Это оправдывает себя в развивающихся странах, где стоимость крови намного дороже, условия хранения и транспортировки крови неадекватные, а также инфекции, передающиеся с кровью, имеют широкое распространение [7]. С 1970 годов, экстенсивные исследования (начиная с in vitro и заканчивая трех фазными исследованиями на людях) продемонстрировали способность перфторуглеродов переносить кислород и доставлять его к тканям. Однако, ни один из препаратов не нашел клинического применения благодаря проблемам с условиями хранения, производству и клиническим эволютивным сложностям.

Обзор данных наиболее значимых исследований в научной литературе и данных по применению перфторуглеродов в медицинской практике.
В 1966 году Кларк и Голлан продемонстрировали, что мышь может жить, вдыхая жидкость, обогащенную кислородом. В следующем году Словитер и Камимото произвели первый препарат - эмульсию физиологически сходную с перфторуглеродами, которую можно вводить интраваскулярно. Гейер представил первый эксперимент на крови, где перфторуглерод (полоксамер-стабилизированный перфтортрибуталамин) выполняет функцию переносчиков кислорода, замещая красные кровяные тельца крыс. Эмульсия поддерживала жизнь крыс в течении 8 часов. Перфлюородекалин привлек большее внимание научного сообщества, поскольку элиминировался через неделю после введения. Трудность с этим препаратом возникала из-за нестабильности его как эмульсии.

Статья

Первое поколение ПФУ. (Флюзол, флюозол-DA,- общество зеленого креста, Осака, Япония, и Альфа-терапия, Лос Анджелес, США). Данная эмульсия хранилась в замороженном виде и размораживалась перед использованием.

Доклинические исследования.
Несколько тестов на животных проводились между 1970 и 1996 годами. При повреждениях легких Флюзол снижал острое воспаление легких после аспирации кислого содержимого желудка [8]. При внутривенном использовании в дозе 20-500 мл не выявлялось побочных реакций на гемодинамику, сердце, печень, почки, гематологические функции [9]. В 2 и 3-х фазных исследованиях у пациентов с кровотечением, церебральной гипоксией, отравлением угарным газом флюозол использовался в дозе 500-1500 мл. Авторы рекомендовали использовать флюозол при кровотечениях, экстренной трансфузии, церебральной ишемии и отравлении угарным газом. Флюозол также назначался у больных с критической анемией и острой кровопотерей. После инфузии не было обнаружено изменений в уровне экстракции кислорода, сердечном индексе или артериальном давлении. Было сделано заключение о том, что количество Флюозола недостаточно для того, чтобы достичь желаемого эффекта и, исходя из этого, препарат не был одобрен как заменитель эритроцитов.
При тяжелой анемии у пациентов, которые получали одновременно Флюозол и увлажненный кислород, значительно повышался уровень парциального напряжения кислорода в венозной крови, сатурация гемоглобина. Это исследование показало, что Флюозол способен осуществлять доставку кислорода при высоком напряжении последнего. Другими словами Флюозол являлся «расширителем» емкости плазмы. Повышение доставки кислорода не было длительным из-за быстрой элиминации препарата.

В клинической практике при ангиопластике оксигенированный фоюозол применялся для префузии коронарной артерии ниже баллона. При этом происходило улучшение оксигенации миокарда и предотвращение снижения функции желудочка, хотя продукция лактата оставалась на прежнем уровне [10]. После этого флюозол был одобрен в США, Японии и Европе в 1989-1990 для клинического применения как переносчик кислорода при чрезкожной транслюминальной коронарной баллонной ангипластике [11]. Однако позже он перестал выпускаться.

Основные проблемы и ограничения в применении этого ПФУ связаны с нестабильностью препарата, что требуют особых условий - эмульсия должна быть заморожена для хранения и транспортировки, а также упакована для каждого использования в очень специфичных условиях. Как переносчик кислорода он имеет небольшую эффективность, поскольку доставляет только 0,4 мл кислорода на 100 мл крови [12], возможно из-за низкого инраваскулярного присутствия и повышенной дилюции.

Плюроник F-68 - как компонент сурфактанта был ассоциирован с побочными эффектами, включающими активацию комплемента, подавление лейкоцитов, гемодиначескими эффектами [1], миалгия, лихорадка, снижение тромбоцитов [11], анафилактические реакции [14]. Эти характеристики привели к тому, что продукт не имел коммерческого успеха [15].
Флюозол был отклонен комиссией FDA (Food and Drug administration) в 1994 году из-за трудностей с условиями замораживания. Шума добавило то обстоятельство, что флюорокарбон обнаруживался в основном в легочной ткани даже год спустя после интравенозного применения [16]. Персистирование ПФУ возможно было причиной хронической тканевой реакцией, анемией, лейкоцитозом, лихорадкой, которые заканчивались смертью в результате химического пневмонита.

Оксиферол (Флюозол–43, Общество зеленого креста и Альфа-терапия, Япония). Этот продукт был высоко стабилизированной эмульсией, коммерчески приспособленной для многолетнего использования. Из-за чрезмерно длительного персистирования в органах, препарат не был рекомендован для применения у людей [17].

Доклинические исследования. Коагуляция и воспаление.
При моделировании на крысах, препарат показал хороший эффект как антикоагулянт и как противовоспалительный цитокин-продуцируемый агент.

Вазодилатация:
Положительно препятствовал вазодилатации, вызванной низкой кислородпереносящей емкостью сосудов, перфузируемого сердца Лангендорфа у крыс.

Изолированное сердце:
Оксиферол с лидокаином производил более эффективную защиту миокарда, которое удовлетворяло потребностям миокарда в кислороде во время длительной остановки сердца в изолированных сердцах у крыс. Ксенотрансплантация печени: Назначение Oксиферола продлевало выживаемость ксенотрансплантанта при использовании модели гвинейской свиньи для пересадки печени у крыс. Хотя начало гиперострого отторжения было отсрочено, все крысы умерли.

Проблемы:
Оксиферол чрезмерно длительно персистирует в органах (у крыс примерно 2,5 года).

Перфторан (Фторозан). Характеристики: Перфторан был стабилен около месяца при температуре 4-8ºС. Он мог храниться при температуре 4-18ºС в течении 3-х лет и мог быть разморожен и снова заморожен 5 раз.

Доклинические исследования: Воздушная эмболия.
Перфторан был использован в лечении сосудистой газовой эмболии у крыс. Назначение перфторана после гликокаликсной дегидратации и перед газовой эмболизацией способствовало накоплению пузырьков в дистальных отделах микроциркуляции [18].
Ишемия. Системное назначение Перфторана после ишемии способствовало ранней и более полной структурной регенерации во время перфузии [19]. Воспаление брюшины. Внутривенное введение Перфторана повышало уровень макроглобулина, содержащегося в плазме и в перитонеальном экссудате у крыс с острым серозным перитонитом и было эффективно использовано для предотвращения развития послеоперационных спаек [20].
Синдром отмены алкоголя. Перфторан устранял симптомы окислительного стресса и предотвращал повышение ферментативной активности в печени у крыс при синдроме отмены, в результате хронической алкогольной интоксикации [21].
Атеросклероз. Перфторан был полезен при коррекции структурных и метаболических изменений в печени во время экспериментального атеросклерозирования у кроликов.

Клинические исследования. Флегмоны.
Использование Перфторана позволило снизить тканевую гипоксию при лечении фасциальной и Дипиютреновской флегмон, а также уровень креатинина и трансаминаз в сыворотке крови, индекс интоксикации, гипоксемию и время пребывания в госпитале. Вместе с тем повысилась скорость местного заживления ран.

Вальвулопластика.
Перфторан использовался при кардиохирургических вальвулопластиках с предоперационной острой нормоволемической гемодилюцией и при дыхании кислородом в концентрации 1.0 происходило повышение парциального напряжения кислорода в артериальной крови, тем самым снижалась потребность в переливании эритроцитов.

К сожалению, литературных данных о клиническом применении Перфторана в клиниках Республики Казахстан, а также о его эффективности недостаточно. Имеется опыт успешного применения в клинической практике Перфторана при гипоксической гипоксемии у больных с респираторным дистресс-синдромом взрослых (РДСВ) и при жировой эмболии (легочная форма) на ранних стадиях. При применении Перфторана происходило значимое повышение парциального напряжения кислорода в артериальной крови (на 10-15 мм.рт.ст), в то время когда обычными методами (искусственная вентиляция легких) не удавалось повысить уровень парциального напряжения кислорода в артериальной крови.

Согласно имеющимся литературным данным, Перфторан является альтернативным источником кислорода при различных гипоксических состояниях, что нередко возникает в повседневной клинической практике: у больных с геморрагическим шоком, при остром инфаркте миокарда в острейшей и острой стадии, когда перфторан обеспечивает транспорт кислорода в частично блокированное микроциркуляторное русло миокарда. При применении Перфторана у больных с сосудистой патологией ЦНС, последний обеспечивал транспорт кислорода в частично блокированное микроциркуляторное русло головного мозга. Во время операций на открытом сердце и при аорто-коронарном шунтировании Перфторан обеспечивал достаточную оксигенацию крови. Препарат применялся для кардиоплегии при реконструктивных операциях на сердце и сосудах. В трансплантологии Перфторан использовался для защиты донорских органов до, во время и после пересадки. Но, в то же время, несмотря на очевидные преимущества, недостаточная информированность о возможностях применения препарата специалистами общей практики, играет не последнюю роль в ограниченности его применения.

Список использованной литературы

1. Nose Y. Is there a role for blood substitutes in civilian medicine^ a drug for emergency shock cases? Artiff Organs 2004;28:807-12.
2. Yoshiba F, Kawaguchi AT, Hyodo O, Kinoue T, Inokuchi S, Kato S. Possible role of artificial oxygen carriers in transfusion medicine: a retrospectives analysis on current transfusion practice. Artiff Organs2009; 33: 127 – 32.
3. Ries JG. Blood substitutes:fluorocarbon approach. In: Swarbirick J, ed. Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, 3rd edition. New York: Informa Healthcare, 2007; 336.
4. Winslow R.M. historical background. In: Winslow RM, ed. Blood substitudes. London Academic Press, 2006; 5-16.
5. Ries JG. Oxygen carriers (“blood substitutes”) raison d’etre, chemistry, and some physiology. Chem Rev 2001; 101: 2797-920.
6. Ness PM, Cushing MM. Oxygen therapeutics: pursuit of an alternative to the donor red blood cell. Arch Pathol Lab Med 2007; 131: 734-41.
7. Kawaguchi AT. Artificial oxygen carriers: a clinical point of view. Artif. Organs 2009; 33:97-9.
8. Nader ND, Knight PR, Davidson BA, Safaee SS, Steinhorn DM. Systemic perfluorocarbons suppress the acute lung inflammation after gastric acid aspiration in rats. Anesth. Analg. 2000; 90:356-61.
9. Lane TA. Perfluorochemical-based artificial oxygen carrying red cell substitutes. Transfus. Sci. 1995; 16:19-31.
10. Young LH., Jaffe CC, Revkin JH, McNulty PH, Cleman M, Metabolic and functional effects of perfluorocarbon distal perfusion during coronary angioplasty. Am J Cardiol 1990; 65:986-90.
11. Lowe KC. Perfliorinated blood substitutes and artificial oxygen carriers. Blood rev. 1999; 171-84.
12. Habler OP, Messmer KF, Tissue perfusion and oxygenation with blood substitutes. Adv Drug Deliv Rev 2000; 40: 171-84.
13. Clark LC, Jr., Gollan F. Survival of mammals breathing organic liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure. Science 1966; 152: 1755-6.
14. Spahn DR. Current status of artificial oxygen carriers. Adv Drug Deliv Rev 2000; 40:143-51.
15. Wasaka T, Kawai N, Yanagi Y, Hayase Y, Kishi K. A study of hypoxic cell radiosensitizer aoolied to Ehrlic ascite tumor: a comparision of FC 43 emulsion and pentoxifiline. Br. J Radiol 2002;75:909-12
16. Millard RW. Oxygen solubility, rheology and hemodinamics of perfluorocarbon emulsion blood substitutes Artf Cells Blood Substit Immobil Biotechnol 1994; 22:235-44.
17. Ries JG, Krafft MP. Fluorocarbon emulsions as in vitro oxygen delivery systems: background and chemistry. In: Winslow RM, ed. Blood Substitutes. London: Academic Press, 2006;259-75.
18. Eckmann DM, Armstead SC. Influence of endothelial glycocalyx degradation and surfactants on air embolism adhesion. Anesthesiology 2006; 105:1220-7.
19. Koshura VL, Basarab DA, Timkina MI, Golubev AM, Reshetnyak VI, Moros VV, Reperfusion injury after critical intestinal ischemia and its correction with perfluorochemical emulsion “perftoran” World J Gastroenterol 2005 ; 11: 7084-90.
20. Yarema IV, Magomedov MA. Experimental study of the use of perftoran for preventing the formation of postoperative adhesions in peritonitis. Bull Exp Biol med 2003; 136:582-4.
21. Miskevich D, Petushok N, Gerasimchik P, Borodinskii A. Effect of Perftoran on radial homeostasis during alcohol withdraw syndrome. Bull Exp Biol Med 2007; 143:43-5.
22. Ries JG, Perfluorocarbon-based oxygen delivery. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol 2006; 34:567-80.
23. Чурсин В.В. Трансфузионная терапия при острой массивной кровопотере\\ Метод. рекомендации. Алматы.- 2012. С 49.

Резюме

Резюме
Дәл қазіргі уақытта эритроциттерді алмастыруға шұғыл қажеттілік бар. Бұл қажеттілікті толықтыру үшін алдағы уақытта өте көп еңбектенуге тура келеді.
Перфторуглеродтар эритроциттер мен антигипоксанттарды алмастырушы ретінде қазірдің өзінде клиникалық тәжірибеде қолжетімді болып табылады. Қазіргі уақыттағы қолдағы бар жетістік зерттеуші мен тиімді алмастырушы нәтижелерінің арасындағы одан ары қарай зерттеуді қажет етеді. Бірақ, жетістіктер көпуәдеберушілік болып табылады.

Резюме
В настоящее время есть острая необходимость в заменителе эритроцитов. Еще предстоит сделать очень много для восполнения этой потребности.
Перфторуглероды как заменители эритроцитов и антигипоксанты уже сейчас являются доступными в клинической практике. Имеющиеся на данный момент достижения требуют дальнейших исследований с кооперацией между исследователями и эффективным обменом результатами. Тем не менее, перспективы являются многообещающими.

Summary
Hence the need for an appropriate blood substitute still persists, and there is a considerable amount of work yet to be done in order to fulfill that need. That achievement will require further research in different applications, efficient sharing of results, and vast cooperation between divers research groups. However the perspectives are promising.
The blood substitute is available yet, further research is needed. Therefore, governmental and academic funding is required to be more close of having a perfluorocarbones in clinical use.

Кровезамещающие растворы переносчики кислорода

Использование цельной крови (часто неоправданное) оказывает на организм больного сложный комплекс воздействий, последствия которых зависят от многих показателей. Один из методов, альтернативных применению аллогенной крови - использование кровезаменителей, обладающих функцией переноса газов крови. О своем опыте применения отечественных растворов кровезаменителей рассказывают директор РНИИ гематологии и трансфузиологии, член-корр. РАМН Евгений Алексеевич Селиванов, руководитель лаборатории перфторуглеродов ВМедА академик РАМН Генрих Александрович Софронов, заместитель зав. кафедрой неотложной хирургии ВМедА, профессор Михаил Дмитриевич Ханевич.

Кровь и ее компоненты по-прежнему остаются опасными биологическими продуктами, способными быть источником гемотрансмиссивных болезней, причиной развития различных посттрансфузионных реакций и осложнений.

Заготовленная на консервирующих растворах кровь в процессе хранения подвергается существенным изменениям. В ней повышается содержание натрия, калия, аммиака, фосфатов и глюкозы, нарушается кислотно-щелочное равновесие,увеличивается сродство гемоглобина к кислороду, изменяются морфофункциональные свойства эритроцитов и происходит частичный их гемолиз, появляются микроагрегаты из клеточных элементов и др.

Период хранения крови, даже при использовании самых современных гемоконсервантов, небольшой. Уже в течение первых 10 суток хранения способность крови к транспорту кислорода существенно уменьшается. Во всем мире наблюдается сокращение числа доноров, что создает проблемы с обеспечением кровью и ее дериватами. Часто кровь и ее компоненты могут быть недоступны, особенно в экстремальных ситуациях. Альтернативой цельной крови могут быть кровезаменители-переносчики кислорода (КЗПК). В настоящее время интенсивно разрабатываются два направления в их создании:

o растворы модифицированного гемоглобина (МГ),

o эмульсии перфторуглеродов (ПФУ). Эти вещества, замещая основную функцию крови - кислородтранспортную, имеют ряд преимуществ:

o не требуют изосерологического подбора,

o практически безопасны в отношении переноса инфекций,

o имеют длительный срок годности,

o их можно накапливать в больших количествах и применять немедленно.

Малый размер частиц ПФУ и молекул МГ обеспечивает доставку кислорода к клеткам ишемизированных тканей через резко суженные капилляры в условиях нарушенного микрокровотока. Существует несколько областей возможного клинического применения КЗПК:

o при обширных операциях в сердечно-сосудистой хирургии, в травматологии, ортопедии и пр., для уменьшения потребности в аллогенной крови;

o в экстренных ситуациях при восполнении острой кровопотери, когда нет времени и возможности серологического подбора крови или вообще нет доступа к ее запасам;

o в качестве компонента программы лечения апластической и гемолитической анемии;

o при нарушениях микроциркуляции, уменьшающих эффективность трансфузии эритроцитных компонентов;

o при консервировании органов и тканей;

o у пациентов, отказывающихся по религиозным соображениям от переливания крови и ее компонентов.

Препараты на основе МГ

Единственным в мире КЗПК на основе МГ, успешно прошедшим клинические испытания и разрешенным к медицинскому применению (декабрь 1998), является российский препарат "Геленпол" на основе полимеризованного гемоглобина человека. Препарат создан сотрудниками Российского НИИ гематологии и трансфузиологии МЗ РФ и НИИ высокомолекулярных соединений РАН.

С июня 1997 года в клинике неотложной хирургии ВМедА проводится клиническое изучение Геленпола. К настоящему времени препарат использован у 79 больных при лечении геморрагического шока, для коррекции интраоперационной кровопотери, до- и послеоперационной анемии. Геленпол вводили внутривенно, струйно или капельно, в объеме 1-5 доз препарата в до-, послеоперационном периоде, а также во время хирургического вмешательства. У ряда больных подобные инфузии повторяли в течение лечения 4-6 раз. Проводимый мониторинг показал, что Геленпол

o хорошо переносится и не вызывает побочных эффектов,

o обеспечивает нормализацию гемодинамических показателей,

o улучшает работу сердца,

o уменьшает степень анемии,

o увеличивает степень насыщения гемоглобина артериальной и венозной (с 32 до 44 мм рт.ст.) крови О₂,

o улучшает микроциркуляцию.

Геленпол

o Молекулярная масса 150-260 кД,

o рО₂ равняется 28 торр,

o одна лечебная доза кровезаменителя (в лиофильно высушенной форме) содержит 4 г гемоглобина; в качестве стабилизаторов и антиокислителей используются глюкоза и аскорбиновая кислота.

Инфузия Геленпола увеличивала содержание гемоглобина в циркулирующей крови (в среднем, с 68 до 88 г/л) и ретикулоцитов. Применение препарата позволило в 1.5-2 раза уменьшить объем трансфузии крови и эритрокомпонентов.

Перспективными направления дальнейших разработок препаратов на основе МГ являются:

o создание комплексов МГ с ферментами ангиоксидангной защиты (каталазой и супероксиддисмутазой) для предупреждения реперфузионного синдрома;

o моделирование эритроцита - изыскание стабильных форм инкапсулированного гемоглобина, заключенного вместе с компонентами своего естественного микроокружения в липосомы либо в проницаемые для продуктов метаболизма нанокапсулы из биодеградируемого материала.

Препараты на основе ПФУ

В отличие от гемоглобина, ПФУ не образуют химических соединений с кислородом, а растворяют его и другие газы согласно закону Генри. Эта связь - линейная, и степень растворения кислорода в ПФУ прямо пропорциональна его парциальному давлению (в отличие от сигмоидной кривой диссоциации оксигемоглобина).

История изучения ПФУ, как основы КЗПК, ведет свое начало от экспериментов Clark и Gollan. В 1960-х годах эти ученые показали возможность поддержания жизни мышей в жидкой перфторорганической среде, насыщенной кислородом.

ПФУ не метаболизируются в организме и считаются биологически инертными. Частицы внутривенно введенной эмульсии ПФУ быстро (в течение 4-12 часов) удаляются из сосудистого русла ретикуло-эндотелиальной системой, накапливаются в легких и селезенке с последующей экскрецией через дыхательные пути. Инфузии ПФУ в условиях кровопотери и гиповолемии:

o обеспечивают ткани кислородом,

o оказывают положительный эффект на центральную и периферическую гемодинамику, микроциркуляцию, кислотно-щелочное состояние, иммунную систему,

o обладают дезинтоксикационным, противовоспалительным свойствами и мембраностабилизирующим действием.

Перфторан широко используется в различных областях клинической практики. Был апробирован в военной медицине при лечении боевой травмы.

Наш опыт применения Перфторана для восполнения кровопотери (внутривенное введение на фоне ингаляции смеси, обогащенной кислородом) показывает, что препарат:

o обеспечивает нормализацию гемодинамических показателей,

o улучшает работу сердца,

o увеличивает напряжение кислорода в смешанной венозной крови, что можно рассматривать как признак уменьшения гипоксии тканей (значения р_vO₂,не превышали физиологической нормы - 40-45 мм рт.ст., - при которой осуществляется полноценный газообмен между эритроцитами и тканями),

o улучшает микроциркуляцию и реологические свойства крови;

o улучшает состояние антиоксидантной

Использование Перфторана уменьшает расход донорской крови и ее компонентов в 1.5-2 раза.

Сравнительный анализ препаратов

Наш опыт применения в условиях одной клиники различных КЗПК - раствора полигемоглобина (Геленпол) и эмульсии ПФУ (Перфторан) позволяет сравнить возможность и эффективность их применения.

Перфторан чаще использовали по неотложным показаниям (72.8%), а Геленпол - в плановом порядке (58.3%). Это связано, в первую очередь, с тем, что препарат искусственного гемоглобина способен стимулировать гемопоэз и таким образом эффективен при лечении больных с хроническими анемиями и при подготовке больных к операции. В то же время Перфторан начинали вводить во время оперативного вмешательства после устранения источника кровотечения и убежденности в надежности гемостаза. Это касалось как экстренных, так и плановых оперативных вмешательств. Чаще всего возникала необходимость в инфузиях Перфторана и Геленпола при острой кровопотере, сопровождавшейся геморрагическим шоком. В таких случаях Перфторан был перелит 32.1 % больных, а Геленпол - 31.2%. Нередким показанием к применению КЗПК явилась интраоперационная кровопотеря. В ряде случаев препараты оказались эффективными для предупреждения декомпенсации функции жизненно важных органов и систем организма (например, при наличии постинфарктного кардиосклероза, хронических неспецифических заболеваниях легких, диффузных поражениях печени, а также при патологических изменениях мочевыделительной системы).

Имеющиеся у нас данные позволяют дифференцировать Перфторан и Геленпол по влиянию на функции различных систем организма (таблица). Установлено выраженное воздействие Перфторана на газотранспортную функцию крови, ее реологические свойства и микроциркуляцию. Отмечена достаточно высокая эффективность его влияния на гемодинамику, иммунологическую реактивность организма, процессы перекисного окисления липидов. В то же время Перфторан был нейтрален в отношении гемопоэза и свертывающей системы крови, мало участвовал в нормализации кислотно-основного состояния крови. Геленпол наибольший эффект оказывал на гемодинамику, усиливал гемопоэз и газотранспортную функцию крови. Однако Геленпол не влиял на иммунную реактивность организма, КОС крови, ее реологические свойства и микроциркуляцию.

Таблица. Сопоставление эффектов геленпола и перфторана

+++ - сильный эффект, ++ - средний эффект, + - слабый эффект, - - отсутствие эффекта

Клинические наблюдения, данные экспериментальных исследований и анализ литературы позволяют предполагать следующие механизмы лечебного действия КЗПК.

Геленпол:

o моделирует дыхательную функции эритроцитов и функции плазменных белков;

o повышает содержание гемоглобина в циркулирующей крови и его синтез;

o усиливает транспорт оксида азота (N0) и S-нитрозотиолов (SNO),

Перфторан:

o пассивный переносчик кислорода и углекислого газа пропорционально перепаду парциального давления соответствующего газа;

o усилитель потока кислорода и углекислого газа за счет увеличения их массопереноса, обусловленного повышенной растворимостью газов в ПФУ и возможностью свободного прохождения газов через частицы;

o демпфер (за счет образования дополнительной емкости для газов крови в плазме), создающий подпор для кислорода при его потреблении.

Препараты имеют как общие свойства, так и различия в действии, поэтому могут применяться раздельно и вместе, дополняя лечебный эффект друг друга. В условиях контролируемой интраоперационной кровопотери и возможности ведения пациента на смеси, обогащенной кислородом, эмульсии ПФУ, очевидно, предпочтительнее растворов МГ. В то же время для коррекции анемии в дооперационном и послеоперационном периодах целесообразно использовать Геленпол. Состояние исследований по проблеме создания КЗПК на основе МГ и эмульсий ПФУ создает уверенность в том, что эти инфузионные среды, моделирующие самую главную, кислородтранспортную функцию крови, уже в начале XXI века займут достойное место в различных программах, альтернативных применению донорской крови.

Переноскичи кислорода. Модифицированные гемоглобины

Одна из основных, важнейших функций крови — транспорт кислорода и обеспечение им всех жизненно важных систем организма, включая его доставку к органам и тканям, с одновременным выводом двуокиси углерода. Нарушение нормального дыхания и кровообращения приводит к гипоксии и, как следствие, к обширному поражению тканей. Переливание гомологичной крови помогает успешно поддерживать транспорт кислорода. Но наличие таких побочных эффектов, как реакции и осложнения гемотрансфузий, иммуносупрессия и гемотрансмиссивные инфекции, определило направление поиска искусственных заменителей транспорта кислорода — модифицированные растворы гемоглобина и перфторуглеродные эмульсии.

Современные препараты модифицированного раствора гемоглобина и перфторуглеродные эмульсии не обладают выраженной токсичностью и антигенностью, имеют свойство поддерживать достаточный уровень доставки кислорода к тканям, вязкость, он-котические, осмотические и реологические свойства, аналогичные свойствам крови. Оба вида растворов имеют короткий период полураспада в организме и обладают свойствами на определенное время выполнять функцию эритроцитов — обеспечивать ткани кислородом.

Модифицированные гемоглобины производят из высокоочищенного гемоглобина человека (или крупного рогатого скота), химически или методами генной инженерии видоизмененного — рекомбинантного модифицированного гемоглобина. Молекулы гемоглобина могут быть инкапсулированы в липосомы совместно с другими молекулами.

Перфторуглероды — биохимически инертные, густые жидкости, обладающие высокой способностью растворять газы (пропорционально парциальному давлению) и выполняющие функцию переноса и доставки кислорода без его химического связывания. Данные растворы применяются в форме эмульсий. Первое поколение перфторуглеродов (флуозол) оказалось нестабильным, неудобным в применении и вызыващим реакции, связанные с активацией комплемента составом эмульгатора. Эмульсии второго поколения (перфторан) более концентрированы (90 % вес/объем), стабильны и при соблюдении правил применения не оказывают отрицательного влияния на организм. Они изготавливаются при помощи линейных перфторуглеродов и специальных эмульгаторов.

Модифицированные гемоглобины и перфторуглероды применяются в клинике при геморрагическом шоке, периоперационной гемодилюции, инсульте, хронической анемии, инфаркте миокарда, пластических операциях на коронарных сосудах, а также при заготовке и хранении органов перед трансплантацией.

Несмотря на ряд преимуществ, которыми обладают искусственные переносчики кислорода по сравнению с донорскими эритроцитами, определять показания к данным растворам следует с определенной осторожностью. Катаболизм модифицированных растворов гемоглобина все еще остается малоизученным, при этом нельзя исключать возможность усиления окислительных реакций с повреждением тканей. В отличие от гемоглобинов, перфторуглероды не метаболизируются и лишены токсичности, но могут акумулироваться в паренхиматозных органах. Высок риск насыщения и блокады моноцитарно-макрофагальной системы в случае неоднократного использования. Для обоих видов переносчиков кислорода характерно короткое время циркуляции в кровеносном русле, в связи с чем наиболее оптимальным является использование модифицированных гемоглобинов и перфторуглеродов в экстремальных ситуациях.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Универсальная кровь

Ох, как хочется в это поверить! Ведь кровь, по-научному, - жидкая ткань, которая вместе с лимфой составляет внутреннюю среду человека. И без нее человек, как, впрочем, и любое живое существо, жить не может. По своей сети кровеносных капилляров кровь приходит в соприкосновение со всеми тканями организма, питает их. И любой сбой на этой дороге может приводить к самым печальным последствиям. Известно множество различных заболеваний крови. Страдает она и тяжелыми онкологическими недугами, которые не всегда поддаются лечению.

Воистину, кровь - река жизни. В организме каждого из нас ее примерно пять литров. Она очень сложное образование - в ней столько всего! Скажем, белки, среди которых главенствует дыхательный пигмент гемоглобин. Он содержится в эритроцитах и обеспечивает перенос кислорода из легких к тканям организма. Я о гемоглобине не случайно, поскольку уже многие годы страдаю от того, что он у меня намного ниже нормы. Сколько раз из-за этого становилась пациентом стационара, потому что когда этот самый гемоглобин очень низкий, то возникает такая одышка, что каждый шаг становится проблемой. А диагноз после множества самых глубоких обследований в далеко не худших клиниках - железодефицитная анемия. Из-за этого падает гемоглобин, из-за этого тяжело дышать. И никакие самые современные, самые продвинутые лекарства почти не помогают, и тогда приходится вводить препараты железа через капельницу в вену. Не лучший способ лечения. Он от безысходности. А главное, что эффект его недолговечен - проходит какое-то время, и гемоглобин снова падает, и так до бесконечности.

мнение

- Идея создания искусственной крови связана с тем, что возникают ситуации, когда можно заменить какие-то компоненты, какую-то часть крови теми или иными заменителями. Прежде всего кровезаменители призваны восстановить жидкостную часть крови, то есть ее объем.

Главные клетки крови - эритроциты, которые обеспечивают тканевое дыхание. Они связывают кислород в легких и переносят этот кислород к тканям, отдавая его им. А в тканях они забирают углекислоту и несут ее к легким. Эти клетки насыщены водным раствором гемоглобина - специальным белком, переносчиком кислорода.

Наши химики в свое время получили препарат перфторан, который был способен выполнять функции переносчика кислорода. Тогда возникла идея использования перфторана в этом качестве. Это по сути была искусственная кровь, временно заменяющая функции эритроцитов.

- Александр Григорьевич! Вы имеете в виду драматическую историю с так называемой "голубой кровью" - у перфторана был иной, не красный цвет?

- Именно ее. Перфторан не получил широкого распространения в силу своей недолговечности - он действовал всего несколько часов, был лишь временным источником кислорода. Он применялся при операциях на сердце, в реанимации. Но, повторюсь, широкого применения не получил.

Иным путем пошли американские исследователи. Они пытались создать заменитель крови на основе животного гемоглобина, который мало отличается от человеческого. Гемоглобин состоит из белковой части (глобина) и из гемо - специального образования, внутри которого железо, постоянно меняющее свою валентность. Была проведена серия исследований. И оказалось, что чистый гемоглобин способен переносить белок, но он токсичен, он повреждает почки.

Японские ученые пытаются заменить глобин (белковую часть молекулы) на альбумин, соединение которого с гемом или другим химическим веществом типа перфторана может дать новый результат, уменьшающий токсичность этого вещества. Пока их работы исключительно экспериментальные. Пока нет отдаленных результатов, а значит, пока нельзя говорить о клиническом использовании полученного препарата.

Нет нигде в мире альтернативы эритроцитам, полученным из донорской крови. Эти эритроциты могут храниться не более четырех недель. Замечу, что нигде в мире сейчас не используется для лечения цельная донорская кровь - только ее компоненты.

Замечу также, что японские исследователи не одиноки в своем поиске универсального заменителя крови. Идет такой поиск и в нашей стране. Это очень важная задача науки, а главное, практической медицины, ибо растет число тяжелейших заболеваний крови и универсальный заменитель жизненно - подчеркиваю, жизненно необходим.

Переноскичи кислорода. Модифицированные гемоглобины

A кровезаменитель (также называется искусственная кровь или заменитель крови ) вещество, используемое для имитации и выполнения некоторых функций биологической крови. Его цель - предоставить альтернативу переливанию крови, при котором кровь или продукты на ее основе передаются от одного человека другому. На сегодняшний день не существует общепринятых кислородных кровезаменителей, что является типичной целью переливания эритроцитов ; однако существуют широко доступные расширители объема без крови для случаев, когда требуется только восстановление объема. Они помогают врачам и хирургам избежать риска передачи заболеваний и подавления иммунитета, решить проблему хронической нехватки доноров крови и решить проблемы Свидетелей Иеговы и других лиц, которые по религиозным убеждениям возражают против переливания крови.

Основными категориями «кислородных» кровезаменителей являются переносчики кислорода на основе гемоглобина (HBOC) и переносчики кислорода на основе перфторуглерода (PFBOC). Кислородные терапевтические препараты проходят клинические испытания в США и Европе, а Hemopure доступен в Южной Африке.

Содержание

1 История

2 Подходы

2.1 На основе перфторуглеродов
2.2 На основе гемоглобина
2.3 Стволовые клетки

История

После Уильям Харви обнаружил кровеносные пути в 1616 году, многие люди пытались использовать жидкости, такие как пиво, моча, молоко и кровь животных, отличных от человека, в качестве заменителя крови. Сэр Кристофер Рен (17 век)) предложил вино и опиум в качестве заменителя крови.

В начале 20 века развитие современной медицины переливания крови, инициированное работами Ландштейнера и соавторов, открыло возможность понимания общего принципа группы крови серология. Одновременно был достигнут значительный прогресс в области физиологии сердца и кровообращения, а также в понимании механизма переноса кислорода и оксигенации тканей.

Ограничения в прикладной трансфузионной медицине, особенно в чрезвычайных ситуациях, таких как Мировая война II, заложила основу для ускоренных исследований в области кровезаменителей. Ранние попытки и оптимизм в разработке заменителей крови очень быстро столкнулись со значительными побочными эффектами, которые не могли быть быстро устранены из-за уровня знаний и технологий, доступных в то время. Появление ВИЧ в 1980-х годах придало новый импульс разработке безопасных для инфицирования кровезаменителей. Беспокойство общественности по поводу безопасности кровоснабжения было увеличено из-за коровьего бешенства. Постоянный спад донорства крови в сочетании с повышенным спросом на переливание крови (старение населения, увеличение числа случаев инвазивной диагностики, химиотерапии и обширных хирургических вмешательств, террористические атаки, международные военные конфликты) и положительная оценка инвесторов в отрасли биотехнологий позволили благоприятная среда для дальнейшего развития заменителей крови.

Усилия по разработке заменителей крови были вызваны желанием заменить переливание крови в чрезвычайных ситуациях, в местах, где инфекционные заболевания носят эндемический характер и существует риск загрязненных продуктов крови является высоким, где может отсутствовать охлаждение для сохранения крови, и где может быть невозможно или невозможно найти совпадения группы крови.

Подходы

Усилия были сосредоточены на молекулах, которые могут переносить кислород, и большая часть работ была сосредоточена на рекомбинантном гемоглобине, который обычно переносит кислород, и перфторуглероде. арбоны (PFC), химические соединения, которые могут переносить и выделять кислород.

Первым утвержденным кровезаменителем, переносящим кислород, был продукт на основе перфторуглерода под названием Fluosol -DA-20, производства Green Cross Японии. Он был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в 1989 году. Из-за ограниченного успеха, сложности использования и побочных эффектов он был отменен в 1994 году. Однако Fluosol-DA остается единственным кислородным терапевтическим средством, когда-либо существовавшим. полностью одобрен FDA. По состоянию на 2017 год ни один продукт на основе гемоглобина не был одобрен.

Перфторуглероды

Перфторхимикаты не водорастворимы, поэтому не смешиваются с кровью, поэтому эмульсии должен быть получен путем диспергирования мелких капель PFC в воде. Затем эту жидкость смешивают с антибиотиками, витаминами, питательными веществами и солями, получая смесь, содержащую около 80 различных компонентов, и многие жизненно важные функции естественной крови. Размер частиц ПФУ составляет примерно 1/40 диаметра эритроцита (RBC). Этот небольшой размер может позволить частицам ПФУ проходить через капилляры, через которые не проходят эритроциты. Теоретически это может принести пользу поврежденной, лишенной крови ткани, недоступной для обычных эритроцитов. Растворы ПФУ могут переносить кислород настолько хорошо, что млекопитающие, включая людей, могут выжить при вдыхании жидкого раствора ПФУ, называемого жидкостным дыханием.

Кровезаменители на основе перфторуглеродов полностью принадлежат человеку. сделал; это обеспечивает преимущества по сравнению с кровезаменителями, в основе которых лежит модифицированный гемоглобин, например неограниченные производственные возможности, возможность термической стерилизации, а также эффективная доставка кислорода и удаление углекислого газа с помощью ПФУ. ПФУ в растворе действуют как внутрисосудистый переносчик кислорода, временно увеличивая доставку кислорода к тканям. ПФУ удаляются из кровотока в течение 48 часов с помощью обычной процедуры удаления частиц из крови - выдоха. Частицы ПФУ в растворе могут переносить в несколько раз больше кислорода на кубический сантиметр (см), чем кровь, и в то же время в 40-50 раз меньше, чем гемоглобин.

Флуозол был изготовлен в основном из перфтордекалина или перфтортрибутиламина, суспендированных в эмульсии альбумина. Он был разработан в Японии и впервые испытан в США в ноябре 1979 года. Чтобы «загрузить» в него достаточное количество кислорода, люди, которым его давали, должны были дышать чистый кислород через маску или в барокамере . Он был одобрен FDA в 1989 году и одобрен в восьми других странах. Его использование было связано с уменьшением ишемических осложнений, а также с увеличением отека легких и застойной сердечной недостаточности. Из-за трудностей с хранением эмульсии при использовании флуозола (замороженное хранение и повторное нагревание) его популярность снизилась, и его производство прекратилось в 1994 году.

Имя	Спонсор	Описание
Оксицит	Кислородные биотерапевтические препараты	прошли испытания фазы II-b в США. Нацелен на терапевтическое кислородное средство, а не на кровезаменитель, с успешными небольшими открытыми испытаниями на людях по лечению черепно-мозговой травмы в Университете Содружества Вирджинии. Позже испытание было прекращено.
PHER-O. 2	Sanguine Corp	В исследовании
Perftoran	Россия	Содержит перфтордекалин и вместе с поверхностно-активным веществом проксанол-268. Он был разработан в России и с 2005 года продавался там.
NVX-108	NuvOx Pharma	В клинических испытаниях фазы Ib / II, в ходе которых он повышает уровень кислорода в опухоли до облучения.

Oxygent представлял собой стабилизированную лецитином эмульсию ПФУ второго поколения, которая разрабатывалась Alliance Pharmaceuticals. В 2002 г. исследование фазы III было преждевременно прервано из-за увеличения частоты инсультов в исследуемой группе.

на основе гемоглобина

Гемоглобин является основным компонентом красных кровяных телец, составляя около 33% клеточная масса. Продукты на основе гемоглобина называются переносчиками кислорода на основе гемоглобина (HBOC).

Немодифицированный бесклеточный гемоглобин непригоден в качестве кровезаменителя, потому что его сродство к кислороду слишком велико для эффективной оксигенации тканей, период полураспада во внутрисосудистом пространстве слишком короткий, чтобы быть клинически полезным, он имеет склонность к диссоциации димеров с последующим повреждением почек и токсичностью, а также потому, что свободный гемоглобин имеет тенденцию поглощать оксид азота, вызывая сужение сосудов.

Усилия по преодолению этой токсичности включали создание генно-инженерных версий, сшивание, полимеризация и инкапсуляция.

HemAssist, гемоглобин, сшитый диаспирином (DCLHb), был разработан Baxter Healthcare ; это был наиболее широко изученный кровезаменитель на основе гемоглобина, который использовался в более чем дюжине исследований на животных и в клинических исследованиях. Он достиг фазы III клинических испытаний, в которых не удалось из-за повышенной смертности в экспериментальной группе, в основном из-за тяжелых осложнений, связанных с вазоконстрикцией. Результаты были опубликованы в 1999 году.

Hemolink (Hemosol, Inc., Миссиссауга, Канада) представлял собой раствор гемоглобина, который содержал сшитый человеческий гемоглобин, полимеризованный о-рафинозой, с которым возникли проблемы после прекращения испытаний фазы II в 2003 г. по вопросам безопасности. Он объявил о банкротстве в 2005 году.

Hemopure был разработан Biopure Corp и представлял собой химически стабилизированный поперечно-сшитый бычий (коровий) гемоглобин в солевом растворе, предназначенный для использования человеком; компания разработала тот же продукт под торговым названием Oxyglobin для ветеринарного применения у собак. Оксиглобин был одобрен в США и Европе и был представлен ветеринарным клиникам и больницам в марте 1998 года. Hemopure был одобрен в Южной Африке и России. Компания Biopure подала заявление о защите от банкротства в 2009 году. Ее активы впоследствии были приобретены компанией HbO2 Therapeutics в 2014 году.

PolyHeme был разработан в течение 20 лет компанией Northfield Laboratories и начался как военный проект после войны во Вьетнаме.. Это человеческий гемоглобин, извлеченный из красных кровяных телец, затем полимеризованный, а затем включенный в раствор электролита. В апреле 2009 года FDA отклонило заявку Northfield на получение биологической лицензии, и в июне 2009 года Northfield подала заявление о банкротстве.

Декстран-гемоглобин был разработан Dextro-Sang Corp как ветеринарный продукт и был конъюгат полимерного декстрана с гемоглобином человека.

Hemotech был разработан HemoBiotech и представлял собой химически модифицированный гемоглобин.

Компания Somatogen разработала генно-инженерный и сшитый тетрамер, который назвал Optro. Он потерпел неудачу в исследовании фазы II, которое было опубликовано в 2014 году, и разработка была остановлена.

Пиридоксилированный гемоглобин, конъюгированный с полиоксиэтиленом, был создан учеными из Ajinomoto и в конечном итоге разработан Apex Biosciences, дочерней компанией компании Curacyte AG; он был назван «PHP» и потерпел неудачу в испытании фазы III, опубликованном в 2014 году, из-за повышенной смертности в контрольной группе, что привело к закрытию Curacyte.

Аналогичным образом Hemospan был разработан Sangart и был пегилированный гемоглобин в порошкообразной форме. В то время как ранние испытания были многообещающими, у Sangart закончилось финансирование, и он был закрыт.

Стволовые клетки

Стволовые клетки предлагают возможное средство производства крови для переливания. Исследование, проведенное Giarratana et al. описывает крупномасштабное производство ex vivo зрелых клеток крови человека с использованием гемопоэтических стволовых клеток. Культивированные клетки имели такое же содержание гемоглобина и морфологию, что и нативные эритроциты. Авторы утверждают, что эти клетки имели почти нормальную продолжительность жизни по сравнению с естественными эритроцитами.

Ученые из экспериментального подразделения Министерства обороны США начали создавать искусственную кровь для использования в отдаленных районах и быстрее переливать кровь раненым солдатам в 2010 году. Кровь производится из гемопоэтические стволовые клетки, удаленные из пуповины между матерью и новорожденным человеком с использованием метода, называемого кровью фарминг. В прошлом фарминг применялся на животных и растениях для создания медицинских субстанций в больших количествах. Каждая пуповина может производить около 20 единиц крови. Кровь производится для Агентства перспективных оборонных исследований компанией Arteriocyte. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов проверило и одобрило безопасность этой крови из ранее представленной O-отрицательной крови. Использование именно этой искусственной крови снизит стоимость единицы крови с 5000 долларов до 1000 долларов или менее. Эта кровь также будет служить донором для всех распространенных групп крови. Фармацевтическая кровь может быть использована в испытаниях на людях в 2013 году.

Читайте также: