Курсовая работа на тему
Искусственная кровь или кровезаменители. Их создание и использование в медицине
Содержание
Введение
1. Кровь – жидкая ткань организма. Функции крови
2. Переливание естественной донорской крови. Методика и трудности.
3. Необходимость создания искусственной крови.
4. Гемоглобиновые кровезаменители. Разработки и испытания.
5. Перфторуглероды – альтернатива гемоглобину. Их использование для создания кровезаменителей.
6. Получение эмульсий на основе перфторуглеродов. Перфторан.
7. Перспективы и новейшие технологии.
Заключение
Введение
Основная цель этой работы – показать, что развитие биотехнологии в 21 веке вышло на новый уровень. Ученые из разных стран продолжают искать пути решения проблем, связанных с разработкой и функционированием кровезаменителей. Предлагаются различные пути решения, компании объединяют свои усилия, чтобы добиться нужных результатов. Пока еще не создан универсальный препарат, который мог бы выполнять все, или хотя бы большинство функций крови, и вместе с этим быть максимально приближенным по свойствам к естественной ткани. Однако создание такого кровезаменителя не за горами, а пока существуют уже готовые препараты, которые отчасти могут восполнять недостающий объем крови и выполнять некоторые ее функции, а значит, и помогать огромному количеству людей справляться с различными травмами и болезнями
1. Кровь – жидкая ткань организма. Функции крови
Кровь – жидкая соединительная ткань, среда, которая отражает условия возникновения жизни в далекие времена, т.е. водную среду (пресная и морская вода). В условиях наземного существования эта среда стала внутренней, и в ходе филогенеза животных ее химический состав значительно изменился.
В организме человека кровь составляет 111 – 113 (приблизительно 7 %) массы тела. Объем крови взрослого мужчины составляет примерно 75 мл на килограмм веса тела; у взрослой женщины этот показатель равен примерно 66 мл. Соответственно общий объем крови у взрослого мужчины – в среднем около 5 л; более половины объема составляет плазма, а остальная часть приходится в основном на эритроциты.
Кровь состоит из плазмы (прозрачной жидкости бледно-желтого цвета) и взвешенных в ней клеточных элементов. Плазма крови состоит из воды, белков, липидов, углеводов и газов. Воды в плазме содержится около 90 %, белков 7%. Из общего количества белков различают сывороточные альбумины, сывороточные глобулины и фибриноген. К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты, представленные гранулоцитами (нейтрофильные, эозинофильные и базофильные гранулоциты) и агранулоцитами (лимфоциты и моноциты), а также тромбоциты – кровяные пластинки. Красный цвет крови определяется наличием в эритроцитах красного пигмента гемоглобина. В артериях, по которым кровь, поступившая в сердце из легких, переносится к тканям организма, гемоглобин насыщен кислородом и окрашен в ярко-красный цвет; в венах, по которым кровь притекает от тканей к сердцу, гемоглобин практически лишен кислорода и темнее по цвету.
С кровью и кровоснабжением тесно связаны практически все процессы, имеющие отношение к пищеварению и дыханию – двум функциям организма, без которых жизнь невозможна. Связь с дыханием выражается в том, что кровь обеспечивает газообмен в легких и транспорт соответствующих газов: кислорода – от легких в ткани, диоксида углерода (углекислого газа) – от тканей к легким. Транспорт питательных веществ начинается от капилляров тонкого кишечника; здесь кровь захватывает их из пищеварительного тракта и переносит во все органы и ткани, начиная с печени, где происходит модификация питательных веществ (глюкозы, аминокислот, жирных кислот), причем клетки печени регулируют их уровень в крови в зависимости от потребностей организма (тканевого метаболизма). Переход транспортируемых веществ из крови в ткани осуществляется в тканевых капиллярах; одновременно в кровь из тканей поступают конечные продукты, которые далее выводятся через почки с мочой (например, мочевина и мочевая кислота. Кровь переносит также продукты секреции эндокринных желез – гормоны – и тем самым обеспечивает связь между различными органами и координацию их деятельности.
Кровь играет ключевую роль в поддержании постоянной температуры тела у гомойотермных, или теплокровных, организмов. Температура человеческого тела в нормальном состоянии колеблется в очень узком интервале около 37° С. Выделение и поглощение тепла различными участками тела должны быть сбалансированы, что достигается переносом тепла с помощью крови. Центр температурной регуляции располагается в гипоталамусе – отделе промежуточного мозга. Этот центр, обладая высокой чувствительностью к небольшим изменениям температуры проходящей через него крови, регулирует те физиологические процессы, при которых выделяется или поглощается тепло. Один из механизмов состоит в регуляции тепловых потерь через кожу посредством изменения диаметра кожных кровеносных сосудов кожи и соответственно объема крови, протекающей вблизи поверхности тела, где тепло легче теряется. В случае инфекции определенные продукты жизнедеятельности микроорганизмов либо продукты вызванного ими распада тканей взаимодействуют с лейкоцитами, вызывая образование химических веществ, стимулирующих центр температурной регуляции в головном мозге. В результате наблюдается подъем температуры тела, ощущаемый как жар.
В осуществлении функции защиты организма от повреждений и инфекции особую роль играют лейкоциты двух типов: полиморфноядерные нейтрофилы и моноциты. Они устремляются к месту повреждения и накапливаются вблизи него, причем большая часть этих клеток мигрирует из кровотока через стенки близлежащих кровеносных сосудов. К месту повреждения их привлекают химические вещества, высвобождаемые поврежденными тканями. Эти клетки способны поглощать бактерии и разрушать их своими ферментами. Таким образом, они препятствуют распространению инфекции в организме. Лейкоциты принимают также участие в удалении мертвых или поврежденных тканей. Процесс поглощения клеткой бактерии или фрагмента мертвой ткани называется фагоцитозом, а осуществляющие его нейтрофилы и моноциты – фагоцитами.
В борьбе с инфекцией важная роль принадлежит белкам плазмы, а именно иммуноглобулинам, к которым относится множество специфических антител. Антитела образуются другими типами лейкоцитов – лимфоцитами и плазматическими клетками, которые активируются при попадании в организм специфических антигенов бактериального или вирусного происхождения (либо присутствующих на клетках, чужеродных для данного организма). Выработка лимфоцитами антител против антигена, с которым организм встречается в первый раз, может занять несколько недель, но полученный иммунитет сохраняется надолго. Хотя уровень антител в крови через несколько месяцев начинает медленно падать, при повторном контакте с антигеном он вновь быстро растет. Это явление называется иммунологической памятью. При взаимодействии с антителом микроорганизмы либо слипаются, либо становятся более уязвимыми для поглощения фагоцитами. Кроме того, антитела мешают вирусу проникнуть в клетки организма хозяина.
2. Переливание естественной донорской крови. Методика и трудности
С конца 1930-х годов переливание крови или ее отдельных фракций получило широкое распространение в медицине, особенно в военной. Основная цель переливания крови (гемотрансфузии) – замена эритроцитов больного и восстановление объема крови после массивной кровопотери. Последняя может произойти либо спонтанно (например, при язве двенадцатиперстной кишки),либо в результате травмы, в ходе хирургической операции или при родах. Переливание крови применяют также для восстановления уровня эритроцитов при некоторых анемиях, когда организм теряет способность вырабатывать новые кровяные клетки с той скоростью, какая требуется для нормальной жизнедеятельности. Общее мнение авторитетных медиков таково, что переливание крови следует производить только в случае строгой необходимости, поскольку оно связано с риском осложнений и передачи больному инфекционного заболевания – гепатита, малярии или СПИДа.
Первоначальные методы прямого переливания крови от донора реципиенту отошли в прошлое. Сегодня донорскую кровь берут из вены в стерильных условиях в специально подготовленные емкости, куда предварительно внесены антикоагулянт и глюкоза (последняя – в качестве питательной среды для эритроцитов при хранении). Из антикоагулянтов чаще всего используют цитрат натрия, который связывает находящиеся в крови ионы кальция, необходимые для свертывания крови. Жидкую кровь хранят при 4° С до трех недель; за это время остается 70% первоначального количества жизнеспособных эритроцитов. Поскольку этот уровень живых эритроцитов считается минимально допустимым, кровь, хранившуюся больше трех недель, для переливания не используют.
В связи с растущей потребностью в переливании крови появились методы, позволяющие сохранить жизнеспособность эритроцитов в течение более длительного времени. В присутствии глицерина и других веществ эритроциты могут храниться сколь угодно долго при температуре от –20 до –197° С. Для хранения при –197° С используют металлические контейнеры с жидким азотом, в которые погружают контейнеры с кровью. Кровь, бывшую в заморозке, успешно применяют для переливания. Заморозка позволяет не только создавать запасы обычной крови, но и собирать и хранить в специальных банках (хранилищах) крови редкие ее группы. Раньше кровь хранили в стеклянных контейнерах, но сейчас для этой цели используются в основном пластиковые емкости. Одно из главных преимуществ пластикового мешка состоит в том, что к одной емкости с антикоагулянтом можно прикрепить несколько мешочков, а затем с помощью дифференциального центрифугирования в «закрытой» системе выделить из крови все три типа клеток и плазму. Это очень важное новшество в корне изменило подход к переливанию крови. Сегодня уже говорят о компонентной терапии, когда под переливанием имеется в виду замена лишь тех элементов крови, в которых нуждается реципиент. Большинству людей, страдающих анемией, нужны только цельные эритроциты; больным лейкозом требуются в основном тромбоциты; больные гемофилией нуждаются лишь в определенных компонентах плазмы. Все эти фракции могут быть выделены из одной и той же донорской крови, после чего останутся только альбумин и гамма-глобулин (и тот, и другой имеют свои сферы применения). Цельная кровь применяется лишь для компенсации очень большой кровопотери, и сейчас ее используют для переливания менее чем в 25% случаев.
При острой сосудистой недостаточности, вызванной массивной кровопотерей или же шоком вследствие тяжелого ожога либо травмы с обморожением тканей, требуется очень быстро восстановить объем крови до нормального уровня. Если цельная кровь недоступна, для спасения жизни больного могут быть использованы ее заменители. В качестве таких заменителей чаще всего применяется сухая человеческая плазма. Ее растворяют в водной среде и вводят больному внутривенно. Недостаток плазмы как кровезаменителя состоит в том, что с ней может передаваться вирус инфекционного гепатита. Для снижения риска заражения используются различные подходы. Например, вероятность заражения гепатитом уменьшается, хотя и не сводится к нулю, при хранении плазмы в течение нескольких месяцев при комнатной температуре. Возможна также тепловая стерилизация плазмы, сохраняющая все полезные свойства альбумина. В настоящее время рекомендуется использовать только стерилизованную плазму. В свое время при тяжелом нарушении водного баланса, обусловленном массивной кровопотерей или шоком, в качестве временных заменителей белков плазмы применялись синтетические кровезаменители, например полисахариды (декстраны). Однако применение таких веществ не дало удовлетворительных результатов. Физиологические (солевые) растворы при срочных переливаниях тоже оказались не столь эффективны, как плазма, раствор глюкозы и другие коллоидные растворы.
Во всех развитых странах создана сеть станций переливания крови, которые обеспечивают гражданскую медицину необходимым количеством крови для переливания. На станциях, как правило, только собирают донорскую кровь, а хранят ее в банках (хранилищах) крови. Последние предоставляют по требованию больниц и клиник кровь нужной группы. Кроме того, они обычно располагают специальной службой, которая занимается получением из просроченной цельной крови как плазмы, так и отдельных фракций (например, гамма-глобулина).При многих банках имеются также квалифицированные специалисты, проводящие полное типирование крови и изучающие возможные реакции несовместимости.
Перед переливанием определяют совместимость крови донора и реципиента, для чего проводится типирование крови. В настоящее время типированием занимаются квалифицированные специалисты. Небольшое количество эритроцитов добавляют к антисыворотке, содержащей большое количество антител к определенным эритроцитарным антигенам. Антисыворотку получают из крови доноров, специально иммунизированных соответствующими антигенами крови. Агглютинацию эритроцитов наблюдают невооруженным глазом или под микроскопом. В качестве дополнительной проверки invitro можно смешать эритроциты донора с сывороткой реципиента и, наоборот, сыворотку донора с эритроцитами реципиента – и посмотреть, не будет ли при этом агглютинации. Данный тест называют перекрестным типированием. Если при смешивании эритроцитов донора и сыворотки реципиента агглютинирует хотя бы небольшое количество клеток, кровь считается несовместимой.
Принятая международная классификация обозначает каждую группу крови по наличию или отсутствию в ней двух агглютининов сывороток, которые названы альфа (а) и бета (b) и двух агглютиногенов эритроцитов, названных А и В.
Первая группа крови определяется тем, что в ее эритроцитах отсутствуют агглютиногены, а в сыворотке имеются оба агглютинина – альфа и бета. Таким образом, полная формула крови 1 группы: I (0ab).
В крови II группы эритроциты имеют только один агглютиноген – А, а сыворотка содержит один агглютинин – бета. Таким образом, полная формула крови II группы: II(Ab).
III группа крови характеризуется тем, что эритроциты имеют только один агглютиноген – В, а ее сыворотка содержит только один агглютинин – альфа. Таким образом, полная формула крови III группы: III (Ва).
IV группа крови отличается тем, что ее эритроциты имеют оба агглютиногена – А и В, а ее сыворотка вообще не содержит агглютининов. Таким образом, полная формула крови IV группы: (АВо).
В настоящее время принято обозначать группы крови цифрой и по содержанию агглютиногенов эритроцитов: I(0); II(А); III(В); IV(AB).
В практической работе по переливанию крови пользуются делением людей на четыре группы. Распределение групп крови среди населения разных стран имеет некоторые различия, но в среднем считается, что людей I(0) группы – 41 %, II(А) – 38 %, III(B) – 18 % и IV(AB) – 3 %.
У 85 % людей эритроциты имеют особое антигенное вещество, названное резус-фактор. Эти люди считаются резус-положительными, а остальные 15 %, не имеющие в крови резус-фактора, резус-отрицательными. Переливание резус-положительной крови резус-отрицательным больным приводит к выработке у них резус-антитела. При повторных переливаниях у них наступает тяжелая посттрансфузионная реакция, способная привести к смертельному исходу. Для предупреждения этого осложнения обязательно исследование крови на содержание резус-фактора. Резус-отрицательным больным, а также во всех сомнительных случаях можно переливать только резус-отрицательную кровь.
Переливание крови производится в обязательном порядке после:
1. Определения группы крови больного.
2. Определения группы крови донора.
3. Пробы на индивидуальную совместимость.
4. Пробы на биологическую совместимость.
Противопоказаниями к переливанию крови следует считать:
1. Тяжелые нарушения функций печени и почек (острые гепатиты, острые пефрозонефриты воспалительной этиологии, амилоидоз и др.).
Однако, если заболевание этих органов связано с интоксикацией, то в ряде случаев переливание крови производимое небольшими дозами, капельно, может привести к улучшению их функций.
2. Декомпенсация сердечной деятельности с явлениями отеков, асцита и др.
3. Заболевание легких, сопровождающиеся выраженным застоем в малом круге кровообращения.
4. Аллергические состояния и заболевания (например, острая экзема, бронхиальная астма и др.).
5. Активный туберкулезный процесс в стадии инфильтрата.
3. Необходимость создания искусственной крови
Идея создания заменителей донорской крови возникла еще в конце 1950-х. Ведь искусственная кровь заведомо ничем не заражена, не нуждается в подборе по антигенным группам, менее чувствительна к условиям хранения. И что особенно важно – ее производство в любой момент может резко увеличено. Конечно, никто не надеялся создать субстанцию, способную выполнять все функции крови. Главное, что должен был уметь делать будущий кровезаменитель – это разносить по тканям тела кислород.
Двадцать второго августа 2002 года в калифорнийском городе Фресно произошла такая история. Как-то утром офицер Русс Корнелисон вышел из своего дома и столкнулся с подозрительным типом. Когда незнакомец бросился наутек и скрылся в своем доме, собака Корнелисона бросилась за ним в погоню. Офицер Корнелисон успел вовремя нагнуться, когда над ним просвистела пуля, второй выстрел поразил его верного четвероногого друга. Пули прошили собаке левую переднюю и правую заднюю лапы, правое легкое и левое ухо. Раненый пес выжил благодаря оксиглобину – заменителю крови, разрешенному для использования только в ветеринарии. В то же время это единственный кровезаменитель на американском рынке. Хотя препараты, подобные оксиглобину , часто называют «заменителями крови» или «искусственной кровью»,более точно называть это «кислородной терапией».В отличие от настоящей крови препараты для кислородной терапии не вызывают коагуляцию на поверхности раны и не вступают в борьбу с инфекцией. Самое главное, что эти препараты выполняют основную функцию крови – поставлять кислород к тканям. Ведь если снабжение кислородом прекращается хотя бы на несколько минут, это может привести к серьезным поражениям нервной системы.
Существует версия, что впервые переливания крови были выполнены еще инками, однако формирование трансфузиологии как науки произошло уже в 20 веке, когда были открыты группы крови, выяснена молекулярная, а затем генетическая основа различных ее компонентов. Переливание крови – это надежда на спасение человека и одновременно риск занести инфекцию. По данным европейских исследований, на миллион переливаний приходится семь случаев заражения гепатитом В,15 – гепатитом С, до двух – ВИЧ-инфекцией.
«Особый страх перед донорской кровью вызвала эпидемия СПИДА, - говорит врач-инфекционист, директор клиники «Витацелл» Игорь Марков. – В 1983 году медики обнаружили вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).Но массовое тестирование началось только в 1985 году. За эти два года только во Франции медики заразили СПИДом около тысячи человек».Не менее драматична история с вирусами гепатитов. Сначала кровь тестировали только на гепатит В, однако люди продолжали заболевать после переливаний (до 17% пациентов).Как выяснилось, вызывал заболевание уже другой вирус гепатита - С.Вскоре ученые узнали о существовании гепатита D.Сегодня уже известно восемь разновидностей гепатита, но реципиенты продолжают заболевать желтухой после переливаний. При этом донорскую кровь не проверяют на такие инфекции, как вирус герпеса, цитомегаловирус, инфекционный мононуклеоз, токсоплазмоз, лейшманиоз, бруцеллез.
Есть и другие минусы переливания крови. Донорская кровь всегда
8-09-2015, 22:10