Кровное дело

14.06.200745160

Способ замены крови омолаживающим отваром описан еще в «Метаморфозах» Овидия, но даже тогда вряд ли кто-нибудь воспринимал это иначе чем сказку. И в античные, и в более просвещенные времена врачи больше думали не о волшебных кровезаменителях, а о спасении раненых и рожениц, и пытались разработать способ безопасного переливания крови. Такие попытки чаще всего кончались плачевно – до 1901 года, когда австрийский иммунолог Карл Ландштейнер открыл существование групп крови (в 1930 он получил за это Нобелевскую премию). А после того, как в 1914 году русский врач Вадим Юревич одновременно с бельгийцами и американцами предложил консервировать кровь раствором цитрата натрия, переливание крови стало рядовой медицинской процедурой.


По мере развития трансфузиологии стала актуальной проблема заменителей крови. Дело даже не в дефиците донорской крови – он существует только в бедных странах, где женщины по сей день умирают от кровопотерь при родах.


В России дефицита как такового нет, а моменты некоторой напряженности (как правило, в случаях терактов или стихийных бедствий) возникают не в результате недостатка доноров, а из-за плохой организации работы по заготовке крови.


Иногда в клиниках не хватает крови определенных групп. Однако в критических случаях всем пациентам при совпадении резус-фактора можно переливать кровь I(0) группы (ее носителей называют «универсальными донорами»). Пациентам с редкой группой IV(АВ) – «универсальным реципиентам» – можно переливать кровь любой группы.


Весной 2007 года международная группа исследователей под руководством датчанина Хенрика Клаузена разработала способ удалять с поверхности эритроцитов антигены А и В. Для этого используются высокоэффективные ферменты, выделенные из бактерий Elizabethkingia meningosepticum и Bacteroides fragilis. Проблему антител в плазме крови это не решает, но очищенная от антигенов эритроцитарная масса будет пригодной для переливания реципиентам с любой группой.


Дамокловым мечом как для работников службы переливания крови и врачей, так и для нуждающихся в трансфузиях пациентов является возможность передачи с донорской кровью инфекционных заболеваний. Однако и эта проблема касается по большей части развивающихся стран, где до сих пор далеко не всегда проводятся тесты даже на ВИЧ или вирусы гепатита В и С.


В России дело обстоит гораздо лучше. Вся донорская кровь проходит обязательное тестирование на ВИЧ, гепатиты В и С и сифилис (хотя бледная спирохета вне организма очень быстро гибнет, и заразиться сифилисом при переливании консервированной крови невозможно). Конечно, это далеко не предел мечтаний. В США, например, проводится также анализ на антитела к Т-лимфотропным вирусам человека I и II типов и тесты по выявлению нуклеиновых кислот, выявляющие скрытое заражение вирусами иммунодефицита человека, гепатита С и лихорадки западного Нила. В нашей стране исследований на наличие в крови лимфотропного вируса и вируса западно-нильского энцефалита не проводится, так как эти инфекции у нас, к счастью, не распространены. К сожалению, тестирование на содержание нуклеиновых кислот на сегодняшний день в России также не является обязательным, однако его внедрение входит в планы развития трансфузионной отрасли на ближайшее будущее.


Для повышения уровня безопасности препаратов крови в богатых странах используются различные методы инактивации вирусов – обработка детергентами (полисорбитом, тритоном Х100, тиоцианатом натрия), пастеризация и другие режимы прогревания, ультра- и нанофильтрация. Самым универсальным для очистки плазмы является последний метод, при котором молекулы сывороточных белков, не деформируясь, проходят через специальные фильтры, задерживающие не только вирусы, но и прионы, считающиеся причиной развития болезни Крейтцфельда-Якоба – человеческого аналога скандально известного «коровьего бешенства». В России методы вирусной инактивации также постепенно начинают внедряться в практику.


Пока, к сожалению, 100%-е отсутствие вирусов в донорской крови гарантировать нельзя, так как непосредственно после заражения выявить наличие вируса иммунологическими методами невозможно. Однако вероятность такого заражения очень мала. По статистике, вероятность заразиться ВИЧ-инфекцией через переливание крови на сегодняшний день составляет примерно один шанс на миллион. Несомненно, этот один случай является чьей-то личной трагедией, однако, сопоставляя его с миллионом спасенных жизней, безжалостная статистика, как обычно, расставляет все на свои места.


Еще одной проблемой является ограниченный срок хранения компонентов крови. Эритроциты можно хранить при –4°С до 35 дней с 70%-м сохранением жизнеспособности, а тромбоциты – только пять дней. Дольше всего (2 года) хранится замороженная плазма крови. Существует способ глубокой заморозки клеток крови и их длительного хранения в жидком азоте при температуре –196°С, который теоретически можно использовать для создания банков крови, где хранился бы биологический материал всех желающих. Однако экономически это абсолютно нецелесообразно и рекомендуется для сохранения собственной крови только в случаях известной угрозы массивной кровопотери, например, в ожидании серьезной плановой операции.


Сумма частей – больше, чем целое


Примерно 50% объема крови составляют клетки: красные кровяные тельца (эритроциты), белые клетки крови (лейкоциты) и кровяные пластинки (тромбоциты). Эритроциты отвечают за снабжение тканей кислородом, лейкоциты – за защиту организма от проникающих в него инфекционных возбудителей и других чужеродных объектов, а тромбоциты – за свертывание крови и остановку кровотечений.


Плазма крови содержит воду и растворенные в ней органические и минеральные соединения: белки (в том числе альбумины, глобулины, фибриноген), а также питательные вещества (в частности, глюкозу и жиры), гормоны, витамины, ферменты, продукты обмена веществ и неорганические ионы.


Переливать цельную кровь – не только излишняя, но иногда и опасная роскошь. Кровь – это сложная система клеточных элементов и белков, каждый из которых в случае переливания чужероден для организма пациента и вызывает реакцию иммунной системы. Исходя из того, что чем больше вводится чужеродных агентов, тем сильнее иммунная реакция, трансфузиологи практически отказались от переливания цельной крови и перешли на использование отдельных ее компонентов.


Уже несколько десятилетий полученная от донора цельная кровь с помощью центрифугирования разделяется на три или четыре составляющих: плазму, из которой впоследствии могут выделяться различные белки (факторы свертывания крови, альбумин и гамма-глобулин), эритроциты и тромбоциты. Иногда, при необходимости, выделяются лейкоциты.


При анемии организму нужны только цельные эритроциты, при лейкозах – в основном тромбоциты, при гемофилии – выделенные из плазмы белковые факторы свертываемости крови, а при самом частом показании к переливанию – кровопотерях после травмы или операции – обычно достаточно плазмы или искусственных кровезаменителей. Эритроцитарную массу переливают при массивных кровопотерях (для взрослого человека среднего роста – 1,5 л и более).


А в экстренных случаях чаще всего применяют заменители крови.


Идеальный заменитель


Полностью имитировать все свойства крови невозможно, поэтому и кровезаменителя в полном смысле этого слова нет, и, скоре всего, не будет.


Портрет идеального кровезаменителя выглядит примерно так:
– он не токсичен;
– не вызывает иммунных и других побочных реакций;
– обладает сходной с кровью вязкостью;
– поддерживает постоянный уровень кислотности крови;
– способен длительно циркулировать в организме, не теряя своих свойств;
– не взаимодействует компонентами плазмы и клетками;
– может храниться при комнатной температуре;
– обладает длительным сроком годности;
– недорог;
– и главное – переносит и высвобождает кислород и углекислый газ подобно гемоглобину.


За неимением идеального кровезаменителя медикам приходится решать возникающие проблемы с помощью доступных средств.


Первой смертельной опасностью, возникающей при массивной кровопотере, является падение кровяного давления – в сосудах остается так мало жидкости, что сердце не способно ее перекачивать. В этом случае можно восполнить недостаток жидкости обыкновенным физиологическим раствором (0,9% NaCl), заменив безо всякого ущерба до 30% крови. Это на пару часов нормализует давление, но впоследствии вызовет отек. Обойтись без отека позволяют коллоидные кровезаменители на основе желатина, гидроксиэтилкрахмала, декстрана (это полимер глюкозы, синтезируемый некоторыми бактериями) или полиэтиленгликоля.


Для восстановления объема крови можно переливать донорскую плазму или раствор человеческого сывороточного альбумина. Однако они дороги, вызывают ряд побочных реакций и не исключают переноса вирусов и прионов.


Второй возможной причиной гибели человека при кровопотере может стать недостаточное снабжение тканей кислородом. В этом случае необходимо введение эритроцитарной массы или кислородпереносящих заменителей. Эритроциты обладают всеми типичными недостатками донорской крови: вероятность отсутствия препарата нужной группы, возможность инфицирования и побочные реакции, нередко развивающиеся даже при переливании клеток нужной группы.


Разработка синтетических кислородпереносящих заменителей крови ведется в двух направлениях: растворы модифицированного гемоглобина и эмульсии перфторуглеродов. Эти вещества не требуют подбора по группе, резус-фактору и другим системам тканевой совместимости, не переносят инфекций, имеют длительный срок годности, их можно накапливать в больших количествах и применять незамедлительно. До идеала они не дотягивают только по цене и времени существования в организме, но зато переносят кислород не хуже (по мнению разработчиков – даже лучше), чем цельная кровь.


Перфторуглероды – это цепочки углеродных атомов, у которых все свободные валентности замещены атомами фтора. Химическая связь углерод-фтор чрезвычайно прочна, что обеспечивает химическую инертность соединений (самый знаменитый представитель перфторуглеродов – покрывающий сковородки тефлон). Их молекулы гидрофобны и нерастворимы в воде, однако способны образовывать водные эмульсии.


Такие препараты особенно необходимы в экстренных ситуациях: скоропортящуюся плазму и тем более набор пакетов с донорской кровью нельзя возить в «скорой» на всякий случай, а каждый глоток кислорода может оказаться решающим фактором спасения. И даже когда пострадавшего доставили в стационар, лучше скорее начать трансфузию кровезаменителем, а уже потом вводить цельную кровь или эритроциты.


Благодаря малому размеру частицы перфторуглеродов и молекулы гемоглобина могут доставлять кислород к клеткам тканей даже через суженные капилляры. Это особенно важно при ранениях мозга, инфарктах и инсультах, когда кровоснабжение тканей нарушено, а каждая сохраненная клетка бесценна. Кислородпереносящие кровезаменители пригодны и для экономии донорской крови при плановых операциях, и для консервации органов и тканей в трансплантологии, и даже в случаях, когда пациент отказывается от переливания крови и ее компонентов по религиозным соображениям.


Голубая кровь


В середине 1960-х ученые попробовали применить способность перфторуглеродов растворять до 50 объемных процентов кислорода и до 190 об.% углекислого газа для создания дыхательных смесей. Но практическое применение они получили как основа кровезаменителей.


Фотография мыши-ихтиандра из статьи Лиленд Кларк и Фрэнка Голлана в журнале Science 1966 года стала сенсацией, хотя и ненадолго. Кислорода в смеси было достаточно, чтобы поддерживать жизнь животных, но через некоторое время они погибали – не от недостатка кислорода, а из-за утомления мышц грудной клетки.


Работой в этом направлении активно занялись японские и американские ученые, однако после введения экспериментальных препаратов животные часто погибали от закупорки сосудов. Причина была в относительно большом размере капель перфторуглеродов, которые слипались в еще более крупные структуры, что приводило к закупорке мелких сосудов.


Разработанный в 1970-80-х годах в Институте биофизики АН СССР под руководством Феликса Федоровича Белоярцева российский препарат Перфторан, из-за голубоватого цвета получивший название «голубая кровь», лишен этого недостатка. Размер входящих в его состав частиц – 0,04-0,07 мкм (диаметр эритроцита – 7 микрон). Способность мелких частиц эмульсии проникать через сжатые капилляры и таким образом восстанавливать микроциркуляцию крови позволяет разорвать замкнутый круг функциональных расстройств, связанных с нарушениями кровоснабжения тканей. При нехватке кислорода клетки переходят с окисления глюкозы на запасной путь энергоснабжения – гликолиз, расщепление глюкозы до молочной кислоты. При закислении среды капилляры сжимаются еще больше, кислорода поступает еще меньше... Частицы же перфторуглерода, контрабандой доставляющие кислород к клеткам, способны повернуть этот процесс вспять.


Как экспериментальные, так и клинические испытания Перфторана продемонстрировали его исключительную эффективность. С помощью тогда еще экспериментального препарата удалось спасти несколько считавшихся абсолютно безнадежными пациентов и не один десяток тяжелораненых солдат в Афганистане. Перфторан оказался не только отличным кровезаменителем, но и эффективным средством для снятия развивающихся при черепно-мозговых травмах смертельно опасных отеков мозга, для предотвращения жировой эмболии – закупорки кровеносных сосудов капельками жира, попадающими туда из костного мозга при тяжелых травмах и ранениях, а также для транспортировки предназначенных для трансплантации органов.


К сожалению, подковерные игры, борьба за титулы и деньги, а также амбиции отдельных влиятельных личностей привели к самоубийству не выдержавшего прессинга со стороны КГБ профессора Белоярцева и на время приостановили работу над Перфтораном (о подробностях этой нашумевшей грязной истории можно узнать из книги Симона Шноля «Герои и злодеи советской науки»). Однако через некоторое время последователи Белоярцева продолжили начатую им работу, и сейчас в подмосковном Пущино производится единственный в мире и действительно превосходный кровезаменитель. Американская эмульсия Oxygent и японская Fluosol-DА уступали Перфторану по всем показателям и в настоящее время не производятся.


Препараты натурального гемоглобина


Свободный гемоглобин в качестве переносчика кислорода обладает рядом преимуществ перед цельными эритроцитами донорской крови. Он не вызывает иммунного ответа, что исключает необходимость подбора препарата по совместимости, обеспечивает лучшую доставку кислорода к тканям за счет малого размера молекул и может без потери активности хранится в замороженном виде 2-3 года.


Первые попытки переливания растворов гемоглобина приводили к развитию сильной почечной недостаточности, обусловленной, как выяснилось позже, присутствием в препаратах фрагментов клеточных мембран. В 1970 году впервые удалось получить нетоксичный для почек очищенный гемоглобин.


Кроме трудности очистки от примесей, препараты свободного гемоглобина обладают еще одним существенным недостатком. Гемоглобин в течение нескольких часов после введения удаляется из организма почками, что, учитывая довольно высокую себестоимость, делает его применение экономически нецелесообразным. Альтернативой является использование гемоглобина крупного рогатого скота, характеристики которого по некоторым параметрам даже лучше, чем аналогичные показатели человеческого, однако он является потенциальным источником возбудителей губчатой энцефалопатии – упомянутой выше болезни Крейтцфельда-Якоба.


Для улучшения характеристик растворов гемоглобина можно использовать различные методы стабилизации его молекул: полимеризацию, сшивание двух молекул в димеры, соединение с крупными молекулами и упаковку в липосомы.


Российский препарат Геленпол на основе полимеризованного гемоглобина донорской крови успешно прошел клинические испытания и в 1998 году получил государственную лицензию, однако его промышленное производство все еще остается делом будущего. Примерно на таком же этапе находится разработанный американской компанией Biopure препарат Hemopure из полимеризованного гемоглобина крупного рогатого скота. Их цена гораздо выше, чем у донорской крови, а активность в организме сохраняется менее суток, что существенно снижает рациональность их применения (Перфторан «работает» примерно в 2 раза дольше.)


Другие варианты отечественных и зарубежных препаратов на основе модифицированного гемоглобина находятся на различных стадиях разработки либо доклинических испытаний.


Другие варианты


Существует еще несколько подходов к созданию кровезаменителей. Например, делаются попытки выращивания клеток крови из собственных стволовых клеток пациента. Такой вариант полностью снял бы вопросы иммунологической несовместимости и передачи инфекций, однако сам процесс – во всяком случае, сейчас – очень трудоемок и дорог. Предпринимаются и попытки синтеза аналогов человеческого или очень эффективного крокодильего гемоглобина с помощью трансгенных микроорганизмов.


Еще десяток лет назад это было на грани научной фантастики. Однако с учетом головокружительной скорости развития биотехнологии и генной инженерии, возможно, в скором будущем флакон с донорской эритроцитарной массой будет вызывать у нас гораздо большее удивление, чем сейчас – многоразовый стеклянный шприц. Почему бы и нет?


Евгения Рябцева, Александр Чубенко
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/
Опубликовано в журнале «Популярная механика» № 6-2007


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей