Sådan fungerer kunstigt blod

Læger og forskere er kommet med masser af gadgets, der kan overtage dele af kroppen, der går i stykker eller slides. Et hjerte, for eksempel, er dybest set en pumpe; et kunstigt hjerte er en mekanisk pumpe, der flytter blod. Tilsvarende samlede knæudskiftninger erstatter metal og plastik med knogler og brusk. Protetiske lemmer er blevet mere og mere komplekse, men de er stadig i det væsentlige mekaniske enheder, der kan udføre arbejdet med arme eller ben. Alle disse er ret lette at forstå - at skifte et organ ud for en menneskeskabt udskiftning giver normalt mening.

Kunstig blod , på den anden side, kan være sindssyg. En grund er, at de fleste mennesker tænker på blod som mere end bare bindevæv, der bærer ilt og næringsstoffer. I stedet, blod repræsenterer livet. Mange kulturer og religioner lægger særlig vægt på det, og dens betydning har endda påvirket det engelske sprog. Du omtaler måske dine kulturelle eller forfædre træk som at være i dit blod. Dine familiemedlemmer er dine blodslægtninge. Hvis du er forarget, dit blod koger. Hvis du er bange, det kører koldt.

Blod bærer alle disse konnotationer med god grund - det er absolut vigtigt for overlevelse af hvirveldyrs livsformer, herunder mennesker. Det transporterer ilt fra dine lunger til alle cellerne i din krop. Det opsamler også den kuldioxid, du ikke har brug for, og returnerer det til lungerne, så du kan ånde det ud. Blod leverer næringsstoffer fra dit fordøjelsessystem og hormoner fra dit endokrine system til de dele af din krop, der har brug for dem. Det passerer gennem nyrerne og leveren, som fjerner eller nedbryder affald og toksiner. Immunceller i dit blod hjælper med at forhindre og bekæmpe sygdomme og infektioner. Blod kan også danne blodpropper, forhindrer dødeligt blodtab fra mindre udskæringer og skrammer.

Næste, lære om de forskellige blodkomponenter og hvorfor kunstigt blod kan være nødvendigt.

1. Hvad er blod?
2. Kunstige blodlegemer
3. HBOC blod
4. PFC -blod
5. Kunstig blodstrid

Hvad er blod?

Det kan virke usandsynligt, eller endda umuligt, at et kunstigt stof kunne erstatte noget, der udfører alt dette arbejde og er så centralt i menneskelivet. For at forstå processen, det hjælper at vide lidt om, hvordan ægte blod virker. Blod har to hovedkomponenter - plasma og dannede elementer . Næsten alt hvad blod bærer, herunder næringsstoffer, hormoner og affald, er opløst i plasmaet, som for det meste er vand. Formede elementer , som er celler og dele af celler, flyder også i plasmaet. Formede elementer omfatter hvide blodlegemer (WBC'er) , som er en del af immunsystemet, og blodplader , som hjælper med at danne blodpropper. Røde blodlegemer (RBC'er) er ansvarlige for en af ​​blodets vigtigste opgaver - transport af ilt og kuldioxid.

RBC'er er talrige; de udgør mere end 90 procent af de dannede elementer i blodet. Stort set alt ved dem hjælper dem med at transportere ilt mere effektivt. En RBC er formet som en skive, der er konkav på begge sider, så det har masser af overfladeareal til iltoptagelse og frigivelse. Dens membran er meget fleksibel og har ingen kerne, så den kan passe gennem små kapillærer uden at gå i stykker.

En rød blodcelles mangel på kerne giver den også mere plads til hæmoglobin (Hb) , et komplekst molekyle, der transporterer ilt. Den er lavet af en proteinkomponent kaldet a globin og fire pigmenter kaldet hemes . Hæmmerne bruger jern til at binde sig til ilt. Inde i hver RBC er omkring 280 millioner hæmoglobinmolekyler.

Hvis du mister meget blod, du mister meget af dit iltleveringssystem. Immuncellerne, næringsstoffer og proteiner, som blod bærer, er vigtige, også, men læger er generelt mest bekymrede for, om dine celler får nok ilt.

I en nødsituation, læger vil ofte give patienter volumenudvidere , som saltvand, at kompensere for tabt blodvolumen. Dette hjælper med at genoprette normalt blodtryk og lader de resterende røde blodlegemer fortsætte med at transportere ilt. Sommetider, dette er nok til at holde kroppen i gang, indtil den kan producere nye blodlegemer og andre blodelementer. Hvis ikke, læger kan give patenter blodtransfusioner at erstatte noget af det tabte blod. Blodtransfusioner er også ret almindelige under nogle kirurgiske indgreb.

Denne proces fungerer ganske godt, men der er flere udfordringer, der kan gøre det svært eller umuligt at skaffe patienter det blod, de har brug for:

• Menneskeligt blod skal holdes køligt, og den har en holdbarhed på 42 dage. Dette gør det upraktisk for redningspersonale at bære det i ambulancer eller for medicinsk personale at bære det på slagmarken. Lydstyrkeudvidere alene er muligvis ikke nok til at holde en stærkt blødende patient i live, før han når hospitalet.
• Læger skal sikre sig, at blodet er det rigtige type - A, B, AB eller O - før du giver det til en patient. Hvis en person modtager den forkerte blodtype, en dødelig reaktion kan resultere.
• Antallet af mennesker, der har brug for blod, vokser hurtigere end antallet af mennesker, der donerer blod.
• Vira som HIV og hepatitis kan forurene blodforsyningen, selvom forbedrede testmetoder har gjort kontaminering mindre sandsynlig i de fleste udviklede lande.

Det er her kunstigt blod kommer ind. Kunstigt blod gør ikke alt det rigtige blods arbejde - nogle gange, det kan ikke engang erstatte tabt blodvolumen. I stedet, den transporterer ilt i situationer, hvor en persons røde blodlegemer ikke kan gøre det alene. Af denne grund, kunstigt blod kaldes ofte en ilt terapeutisk . I modsætning til ægte blod, kunstigt blod kan steriliseres for at dræbe bakterier og vira. Læger kan også give det til patienter uanset blodtype. Mange nuværende typer har en holdbarhed på mere end et år og behøver ikke at blive nedkølet, hvilket gør dem ideelle til brug i nødsituationer og slagmarkssituationer. Så selvom det faktisk ikke erstatter menneskeligt blod, kunstigt blod er stadig ret fantastisk.

Vi vil se på, hvor kunstigt blod kommer fra, og hvordan det fungerer i en persons blodbaner næste gang.

Tak til Scott Bernstein for hans hjælp med denne artikel.

Kunstige blodlegemer

Indtil for nylig, de fleste forsøg på at skabe kunstigt blod mislykkedes. I det 19. århundrede, læger uden held gav patienter dyrs blod, mælk, olier og andre væsker intravenøst. Selv efter opdagelsen af ​​menneskelige blodtyper i 1901, læger blev ved med at lede efter bloderstatninger. Verdenskrig I og II og opdagelserne af hepatitis og den humane immundefektvirus (HIV) vakte også interesse for dens udvikling.

Lægemiddelvirksomheder udviklede et par sorter af kunstigt blod i 1980'erne og 1990'erne, men mange opgav deres forskning efter hjerteanfald, slagtilfælde og dødsfald i forsøg på mennesker. Nogle tidlige formler fik også kapillærer til at kollapse og blodtrykket skød i vejret. Imidlertid, yderligere forskning har ført til flere specifikke bloderstatninger i to klasser - hæmoglobinbaserede iltbærere (HBOC'er) og perflourcarboner (PFC'er) . Nogle af disse substitutter nærmer sig slutningen af ​​deres testfase og kan være tilgængelige for hospitaler snart. Andre er allerede i brug. For eksempel, en HBOC kaldet Hemopure bruges i øjeblikket på hospitaler i Sydafrika, hvor spredningen af ​​hiv har truet blodforsyningen. En PFC-baseret iltbærer kaldet Oxygent er i de sene stadier af menneskelige forsøg i Europa og Nordamerika.

De to typer har dramatisk forskellige kemiske strukturer, men de arbejder begge primært igennem passiv diffusion . Passiv diffusion drager fordel af gassers tendens til at bevæge sig fra områder med større koncentration til områder med mindre koncentration, indtil den når en tilstand af ligevægt . I menneskekroppen, ilt bevæger sig fra lungerne (høj koncentration) til blodet (lav koncentration). Derefter, når blodet når kapillærerne, iltet bevæger sig fra blodet (høj koncentration) til vævene (lav koncentration).

Se den næste side for at lære mere om HBOC -blod.

HBOC blod

HBOC ligner vagt blod. De er meget mørkerøde eller vinrøde og er lavet af ægte, steriliseret hæmoglobin, som kan komme fra en række forskellige kilder:

• RBC'er fra ægte, udløbet menneskeligt blod
• RBC fra koblod
• Genmodificerede bakterier, der kan producere hæmoglobin
• Menneskelige moderkager

Imidlertid, læger kan ikke bare injicere hæmoglobin i det menneskelige blod. Når det er inde i blodlegemer, hæmoglobin gør et godt stykke arbejde med at transportere og frigive ilt. Men uden cellens membran for at beskytte den, hæmoglobin nedbrydes meget hurtigt. Opløsning af hæmoglobin kan forårsage alvorlig nyreskade. Af denne grund, de fleste HBOC'er bruger modificerede former for hæmoglobin, der er stærkere end det naturligt forekommende molekyle. Nogle af de mest almindelige teknikker er:

• Tværbinding dele af hæmoglobinmolekylet med et iltbærende hæmoglobinderivat kaldet diaspirin
• Polymeriserende hæmoglobin ved at binde flere molekyler til hinanden
• Bøjning hæmoglobin ved at binde det til en polymer

Forskere har også undersøgt, at HBOC'er pakker hæmoglobin ind i en syntetisk membran fremstillet af lipider, kolesterol eller fedtsyrer. En HBOC, kaldet MP4, er fremstillet af hæmoglobin overtrukket med polyethylenglycol.

HBOC'er fungerer meget som almindelige RBC'er. HBOC -molekylerne flyder i blodplasmaet, optager ilt fra lungerne og afleverer det i kapillærerne. Molekylerne er meget mindre end RBC'er, så de kan passe ind i rum, som RBC'er ikke kan såsom i ekstremt hævet væv eller unormale blodkar omkring kræftsvulster. De fleste HBOC'er forbliver i en persons blod i cirka en dag - langt mindre end de 100 dage eller deromkring, som almindelige RBC'er cirkulerer.

Imidlertid, HBOC'er har også et par bivirkninger. De modificerede hæmoglobinmolekyler kan passe ind i meget små mellemrum mellem celler og binde til nitrogenoxid , hvilket er vigtigt for at opretholde blodtrykket. Dette kan få en patients blodtryk til at stige til farlige niveauer. HBOC'er kan også forårsage ubehag i maven og kramper, der sandsynligvis skyldes frigivelse af frie radikaler , skadelige molekyler, der kan beskadige celler. Nogle HBOC'er kan forårsage midlertidige rødlig misfarvning af øjnene eller rødmet hud.

Næste, lære om PFC -blod, og hvordan det er forskelligt fra HBOC'er.

PFC -blod

I modsætning til HBOC'er, PFC'er er normalt hvide og er helt syntetiske. De ligner meget kulbrinter - kemikalier fremstillet udelukkende af brint og kulstof- men de indeholder fluor i stedet for kulstof.

PFC'er er kemisk inerte, men de er ekstremt gode til at transportere opløste gasser. De kan transportere mellem 20 og 30 procent mere gas end vand eller blodplasma, og hvis der er mere gas, de kan bære mere af det. Af denne grund, læger bruger primært PFC'er sammen med supplerende ilt. Imidlertid, ekstra ilt kan forårsage frigivelse af frie radikaler i en persons krop. Forskere undersøger, om PFC'er kan fungere uden ekstra ilt.

PFC'er er fede og glatte, så de skal være emulgeret , eller suspenderet i en væske, skal bruges i blodet. Som regel, PFC'er blandes med andre stoffer, der ofte bruges i intravenøse lægemidler, såsom lecithin eller albumin. Disse emulgatorer nedbryder til sidst, når de cirkulerer fra blodet. Leveren og nyrerne fjerner dem fra blodet, og lungerne udånder PFC'erne, som de ville have kuldioxid. Nogle gange oplever folk influenzalignende symptomer, når deres kroppe fordøjer og udånder PFC'erne.

PFC'er, ligesom HBOC'er, er ekstremt små og kan passe ind i rum, der er utilgængelige for RBC'er. Af denne grund, nogle hospitaler har undersøgt, om PFC'er kan behandle traumatisk hjerneskade (TBI) ved at levere ilt gennem hævet hjernevæv.

Lægemiddelvirksomheder tester PFC'er og HBOC'er til brug i specifikke medicinske situationer, men de har lignende potentielle anvendelser, inklusive:

• Gendannelse af ilttilførsel efter tab af blod fra traumer, især i nødsituationer og slagmarkssituationer
• Forebyggelse af behovet for blodtransfusioner under operationen
• Vedligeholdelse af iltgennemstrømning til kræftvæv, hvilket kan gøre kemoterapi mere effektiv
• Behandling af anæmi, hvilket forårsager en reduktion i røde blodlegemer
• Tillader ilttilførsel til hævede væv eller områder af kroppen påvirket af seglcelleanæmi

Kunstigt blod er ikke uden kontroverser. Næste, vi vil se på nogle af problemerne omkring dets anvendelse såvel som dets fremtid inden for medicin.

Kunstig blodstrid

Ved første øjekast, kunstigt blod virker som en god ting. Det har en længere holdbarhed end menneskeligt blod. Da fremstillingsprocessen kan omfatte sterilisering, det bærer ikke risikoen for sygdomsoverførsel. Læger kan administrere det til patienter af enhver blodtype. Ud over, mange mennesker, der ikke kan acceptere blodtransfusioner af religiøse årsager, kan acceptere kunstigt blod, især PFC'er, som ikke stammer fra blod.

Imidlertid, kunstigt blod har været i centrum for flere kontroverser. Læger opgav brugen af ​​HemAssist, den første HBOC testet på mennesker i USA, efter patienter, der modtog HBOC, døde oftere end dem, der modtog doneret blod. Sommetider, farmaceutiske virksomheder har haft problemer med at bevise, at deres iltbærere er effektive. En del af dette skyldes, at kunstigt blod er forskelligt fra ægte blod, så det kan være svært at udvikle nøjagtige metoder til sammenligning. I andre tilfælde, såsom når kunstigt blod bruges til at levere ilt gennem hævet hjernevæv, resultaterne kan være svære at kvantificere.

En anden kilde til kontrovers har involveret kunstige blodundersøgelser. Fra 2004 til 2006, Northfield Laboratories begyndte at teste en HBOC kaldet PolyHeme på traumapatienter. Undersøgelsen fandt sted på mere end 20 hospitaler rundt om i USA. Da mange traumepatienter er bevidstløse og ikke kan give samtykke til medicinske procedurer, Food and Drug Administration (FDA) godkendte testen som en uden samtykke undersøgelse . Med andre ord, læger kunne give patienterne PolyHeme i stedet for ægte blod uden at spørge først.

Northfield Laboratories holdt møder for at uddanne mennesker i de samfund, hvor undersøgelsen fandt sted. Virksomheden gav også folk mulighed for at bære et armbånd, der informerede nødpersonale om, at de foretrak ikke at deltage. Imidlertid, kritikere hævdede, at Northfield Laboratories ikke havde gjort nok for at uddanne offentligheden og beskyldte virksomheden for at krænke medicinsk etik.

Bloderstatninger kan bruges som præstationsfremmende lægemidler, meget som menneskeligt blod kan, når det bruges til bloddoping. En artikel fra oktober 2002 i "Wired" rapporterede, at nogle cyklister brugte Oxyglobin, en veterinær HBOC, at øge mængden af ​​ilt i deres blod.

På trods af kontroversen, kunstigt blod kan være i udbredt brug inden for de næste flere år. De næste generationer af bloderstatninger vil også sandsynligvis blive mere sofistikerede. I fremtiden, HBOC'er og PFC'er kan meget mere ligne røde blodlegemer, og de kan bære nogle af de enzymer og antioxidanter, som ægte blod bærer.

Se linkene på den næste side for mere information om blod, kunstigt blod og beslægtede emner.

Oxygenterapier er ikke de eneste kunstige celler, der kommer ind i menneskekroppe. Indkapslede øer - bugspytkirtelceller indkapslet i en syntetisk membran- kan hjælpe med at behandle diabetes. Indkapslet trækul kan fjerne stoffer og giftstoffer fra en persons blod.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer blod
• Blodquiz
• 8 mest almindelige blodtyper
• Sådan fungerer dit hjerte
• Sådan fungerer kunstige hjerter
• Sådan fungerer dit immunsystem
• Hvordan fungerer menneskelige blodtyper?

Flere store links

• McGill University:Kunstige celler, Bloderstatninger og nanomedicin
• Brown University:Blood Substitutes
• Euro Blood Substitutes
• PBS:Rødt guld:Den episke historie om blod

Kilder

• Alliance Pharmaceutical. Oxygent. http://www.allp.com/Oxygent/OX.HTM
• BBC. "Patienter givet kunstigt blod." 23/10/2003 http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/3207291.stm
• Blodkomponenter http://anthro.palomar.edu/blood/blood_components.htm
• Brown University. "Bloderstatninger." http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2000_Groups/Blood_Substitutes/index.html
• Chang, Thomas Ming Swi. "Bloderstatninger baseret på bioteknologi." Tendenser inden for bioteknologi. 2006. http://www.medicine.mcgill.ca/artcell/2006trendsweb.pdf
• Chang, Thomas Ming Swi. "Terapeutiske anvendelser af polymere kunstige celler." Naturanmeldelser. Marts 2005. http://www.medicine.mcgill.ca/artcell/2005NatureRev.pdf
• CNN. "Kunstigt blod testet på patienter uden samtykke." 20.02.2004. http://www.cnn.com/2004/HEALTH/02/20/blood.substitute.ap/
• Coghlan, Andy. "Ubevidst beslutning:Et liv og død -dilemma." Ny forsker. 25/10/2006. http://www.newscientist.com/channel/health/mg19225743.700-unconscious-decisions-a-life-and-death-dilemma.html
• Davis, Lisa. "Blodets kemi." Opdage. Juli 2002. http://www.discover.com/issues/jul-02/department/featchemistry/
• Davis, Nicole. "Bedre end blod?" Populær videnskab. 11/2006. http://www.popsci.com/popsci/science/9e367f36fca9e010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html
• Davis, Robert. "Traumer opretter ubevidste testemner." USA Today. 13.6.2006. http://www.usatoday.com/news/health/2006-06-13-traumas-trials_x.htm
• Eslocker, Asa R. og Astrid Hill. "Kunstigt blodforsøg:deltager din by?" 7/7/2006. http://abcnews.go.com/WNT/story?id=2166058&page=1
• Euro Blood Substitutes http://www.eurobloodsubstitutes.com/
• Goorha, Brig YK et. Al. "Kunstigt blod." MJAFI, 2003. http://medind.nic.in/maa/t03/i1/maat03i1p45.pdf
• McCarthy, Wil. "Mærkeligt blod." Kablet. 8/2002. http://www.wired.com/wired/archive/10.08/blood.html
• Muramoto, Osamu. "Vagttårnssamfundet omdefinerer retningslinjer for brug af blodprodukter." http://www.ajwrb.org/6-15-04.shtml
• Northfield Laboratories:PolyHeme. http://www.northfieldlabs.com/polyheme.html
• Orfinger, Becky. "Sydafrika godkender første blodsubstitut." 19.4.2001. http://www.redcross.org/news/bm/intl/010419sub.html
• Picard, Andre. "Den røde blodlegememand." McGill News. Vinter 1996. http://www.medicine.mcgill.ca/artcell/mcgillnews.pdf
• Selim, Jocelyn. "Den bioniske forbindelse." Opdage. 11/2002. http://www.discover.com/issues/nov-02/features/featbionic/
• Tanner, Lindsey. "Etikere sprænger undersøgelse af test af falsk blod." USA Today. 2/3/2006. http://www.usatoday.com/tech/science/discoveries/2006-03-02-blood-substitute_x.htm
• Tortora, Gerard J. og Sandra Reynolds Grabowski. Principper for anatomi og fysiologi. John Wiley &Sons. 2000.
• University of California Jacobs School. "Kunstigt 'blod.'" Http://www.jacobsschool.ucsd.edu/cover_story/2003/Nov-Dec/NovDecPage3.html
• Westphal, Sylvia Pagan. "Nyt kunstigt blod viser løfter." Ny forsker. 13-03-2004. http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn4760
• Willet, Kari. "Hvordan laver forskere kunstigt blod? Hvor effektivt sammenlignes det med det virkelige?" 21/10/1999. http://www.sciam.com/askexpert_question.cfm?articleID=0007ACC0-ACD3-1C71-9EB7809EC588F2D7