Проблемы создания искусственной крови.

1. Введение.

Сейчас повсеместно для восполнения кровопотери при различных патологических состояниях, возникающих в результате травм, боевых ранениях при ведении военных действий, некоторых заболеваний организма, в экстремальных ситуациях характеризующихся патологией системы крови, используются гемотрансфузии как цельной крови, так и отдельных ее компонентов. Но существуют недостатки применения гемотрансфузий, которые играют в клинике немаловажную роль.

Эти недостатки связаны с опасностью передачи с переливанием крови бактериальных и вирусных инфекций (гепатит В; ВИЧ); возможностью несовместимости донорской крови и крови реципиента по антигенному составу; короткими сроками хранения донорской крови. Кроме этого, в определенных клинических ситуациях (шок, обусловленный тяжелой кровопотерей, анемия, массовый травматизм) наличие растворов кислородпереносящих кровезаменителей было бы весьма желательным. Еще в 1796 г. Российская Академия наук объявила конкурсную тему: " О химическом составе крови и возможности создать искуcственный заменитель " [7].

В нашей стране работа по созданию и изучению " искусственной крови " ведется в Центральном и Санкт-Петербургском институтах гематологии и переливания крови и в Институте биофизики г. Пущино [7].

Для лечения кровопотери и шока необходимы прежде всего кровозаменители, которые обладали бы выраженным волемическим свойством и способностью существенно улучшать реологические свойства крови и микроциркуляцию.

После кровопотери, механической, термической травмы с развитием шока в организме обнаруживаются изменения функций по существу всех органов и систем. При этом особое место занимает гипоксия и интоксикация организма. Для коррекции этих нарушений уже недостаточно указанных выше свойств кровозаменителей. В связи с этим возникает необходимость расширить спектр их лечебной эффективности. Это может быть реализовано двумя путями: введением кровозаменителей с одновременным применением различных фармокологических и биологически активных веществ или использованием комплексных кровезаменителей, включающих различные средства, нормализующие функцию органов и систем.

В связи с расширением исследований по созданию кровезаменителей полифункционального действия возникает вопрос, сколь большой может быть номенклатура кровезаменителей полифункционального действия.

Нельзя не отметить, что создание каждого кровезаменителя полифункционального действия - довольно сложный и трудоемкий процесс, требующий всесторонних доклинических и клинических исследований. При попытке введения в состав кровезаменителя ингредиентов, обеспечивающих коррекцию различных функций организма, приходится сталкиваться с физико-химической несовместимостью ряда ингредиентов, трудностями длительного хранения создаваемых растворов, невозможность учитывать фазность их действия.

Одна из важнейших задач современной трансфузиологии - создание кровезаменителей, обладающих функцией переноса кислорода и способных при кровопотере и шоке возместить уменьшение количества эритроцитов в сосудистом русле. Исследования по решению этой задачи проводятся как в нашей стране, так и за рубежом по двум направлениям: разработка кровезаменителей на основе гемоглобина, свободного от стромальных белков и прокоагулянтов, и создание кровезаменителей на основе перфторированных соединений. Несмотря на определенные успехи в этой области, требуются дальнейшие исследования по повышению способности указанных кровезаменителей транспортировать кислород и изучению их безвредности для организма [18, 12].

2. Патофизиологические основы создания и применения кислородпереносящих кровезаменителей.

Интенсивность диффузии кислорода из крови микрососудов в ткани определяется уровнем напряжения кислорода (рО2) в крови микрососудов. В свою очередь этот показатель зависит от величины рО2 в крови аорты, величины кислородной емкости крови, формы и положения кривой диссоциации оксигемоглобина, скорости кровотока в микрососудах (капиллярах).

Эритроциты "решают проблему" высокой кислородной емкости крови без чрезмерного увеличения онкотического давления в плазме, что неизбежно произошло бы, если бы гемоглобин был растворен в плазме крови. "Изоляция" гемоглобина мембраной эритроцита позволяет создавать ионную и субстратную среду и таким образом регулировать наиболее эффективно кривую диссоциации оксигемоглобина (КДОГ).

Благодаря эритроцитам кровь приобретает физические свойства неньютоновской жидкости, последнее обеспечивает снижение вязкости при прохождение крови через очень тонкие трубки (капилляры) в отличие от обычных ньютоновских жидкостей, вязкость которых в таких условиях повышается. Понижение вязкости в конечном итоге обеспечивает достаточно высокую скорость кровотока в капиллярах.

При введении в кровеносное русло раствора гемоглобина без эритроцитов или эмульсии перфторуглеродов (ПФУ) эти важные условия нарушаются. В случае кислоропереносящих кровезаменителей на основе гемоглобина неизбежно приходится сталкиваться с проблемой малой кислородной емкости кровезаменителя и сдвига КДОГ заменителя влево. Введение в кровеносное русло любого кислородпереносящего кровезаменителя с кислородной емкостью меньше таковой циркулирующей крови, всегда ведет к уменьшению кислородной емкости образующейся смеси и, следовательно, к ухудшению кислородтранспортных свойств крови. Существует и проблема скорости движения разбавленной крови кровезаменителем в капиллярах. Она становится очевидной, если молекулярная масса модифицированного гемоглобина в заменителе превышает некоторый предел. Минутный объем кровотока (МОК) при этом уменьшается и происходит гибель. Конечно, выход за пределы нормы одного из указанных параметров может физиологически компенсироваться за счет других. Так, например, понижение кислородной емкости крови компенсируется увеличением скорости кровотока. Сдвиг КДОГ влево теоретически может компенсироваться увеличением кислородной емкости и т.д. Такие компенсаторные реакции сглаживают недостатки кислородпереносящих кровезаменителей. Поэтому важнейшую физиологическую проблему в клинике составляет транспорт кислорода кислородпереносящими кровезаменителями при замещении им 0,5 - 1,5 л крови, что соответствует примерно среднетяжелому или тяжелому кровотечению.

Основой для решения этой проблемы становится гемодилюция, или разбавление крови обычным кровезаменителем. Сравнение по различным показателям одинаковой по величине гемодилюции плазмозаменителями и кислородпереносящими кровезаменителями позволяет наиболее точно судить об эффективности последнего. При гемодилюции плазмозаменителем поддерживается нормальный уровень газообмена до гематокрита 12 - 15%, благодаря увеличению МОК в 2 - 2,5 раза. Но даже при гемодилюции до гематокрита всего лишь 20 - 25% средняя скорость кровотока в микрососудах мозга возрастает на 25 - 30%.

Углубление гемодилюции неизбежно ведет к исчерпанию "запасов кислорода в крови, к понижению рО2 в микрососудах ниже допустимого физиологического уровня и как следствие этого приводит к возникновению в тканях глубоких гипо и аноксических участков. Величина в тканях рО2 является интегральным показателем эффективности компенсаторных реакций и эффективности функций кислородпереносящих кровезаменителей. По мере разбавления крови происходит постепенное снижение рО2 в микропространствах между капиллярами и, следовательно, кислородпереносящие кровезаменители дают вклад в транспорт кислорода лишь при очень низком гематокрите. При более высоком гематокрите с точки зрения транспорта кислорода они практически не отличаются от плазмозаменителей, не обладающих кислородпереносящей функцией. Однако, вклад кровезаменителей в транспорт кислорода и поддержание потребления кислорода в организме на исходном уровне имеются на фоне физиологических реакций, компенсирующих недостаток кислорода [5, 6].