Röda blodceller, kallas också erytrocyter, är formade som bikonkave skivor. Lär dig om artificiellt blod och mer med moderna medicinbilder. Foto med tillstånd av Garrigan.Net Läkare och forskare har kommit på massor av prylar som kan ta över för delar av kroppen som går sönder eller slits ut. Ett hjärta, till exempel, är i grunden en pump; ett artificiellt hjärta är en mekanisk pump som rör blod. Liknande, totala knäbyten ersätter metall och plast för ben och brosk. Protetiska lemmar har blivit alltmer komplexa, men de är fortfarande i huvudsak mekaniska anordningar som kan arbeta med armar eller ben. Allt detta är ganska lätt att förstå - att byta ut ett organ för en konstgjord ersättning brukar vara meningsfullt.
Artificiell blod , å andra sidan, kan vara störande. En anledning är att de flesta tänker på blod som mer än bara bindväv som bär syre och näringsämnen. Istället, blod representerar livet. Många kulturer och religioner lägger särskild vikt vid det, och dess betydelse har till och med påverkat det engelska språket. Du kan hänvisa till dina kulturella eller förfäderliga egenskaper som att de finns i ditt blod. Dina familjemedlemmar är dina blodsläktingar. Om du är upprörd, ditt blod kokar. Om du är livrädd, det går kallt.
Blod bär alla dessa konnotationer av goda skäl - det är absolut nödvändigt för överlevnad av ryggradsdjur livsformer, inklusive människor. Det transporterar syre från dina lungor till alla celler i kroppen. Det tar också upp den koldioxid du inte behöver och skickar tillbaka den till dina lungor så att du kan andas ut. Blod levererar näringsämnen från matsmältningssystemet och hormoner från ditt endokrina system till de delar av kroppen som behöver dem. Det passerar genom njurarna och levern, som tar bort eller bryter ner avfall och gifter. Immunceller i ditt blod hjälper till att förebygga och bekämpa sjukdomar och infektioner. Blod kan också bilda blodproppar, förhindra dödlig blodförlust från mindre skärsår och repor.
Nästa, lära dig om de olika blodkomponenterna och varför artificiellt blod kan vara nödvändigt.
Innehåll
En avbildande elektronmikroskopbild från normalt cirkulerande mänskligt blod. Fotografer Bruce Wetzel/Harry Schaefer, med tillstånd av National Cancer Institute Det kan verka osannolikt, eller till och med omöjligt, att en konstgjord substans kan ersätta något som gör allt detta arbete och är så centralt i människolivet. För att förstå processen, det hjälper att veta lite om hur äkta blod fungerar. Blod har två huvudkomponenter - plasma och formade element . Nästan allt som blod bär, inklusive näringsämnen, hormoner och avfall, är upplöst i plasma, som mestadels är vatten. Formade element , som är celler och delar av celler, flyter också i plasma. Formade element inkluderar vita blodkroppar (WBC) , som är en del av immunsystemet, och trombocyter , som hjälper till att bilda blodproppar. Röda blodkroppar (RBC) är ansvariga för en av blodets viktigaste uppgifter - att transportera syre och koldioxid.
RBC är många; de utgör mer än 90 procent av de bildade elementen i blodet. Nästan allt om dem hjälper dem att transportera syre mer effektivt. En RBC är formad som en skiva som är konkav på båda sidor, så den har massor av ytarea för syreupptagning och frigöring. Dess membran är mycket flexibelt och har ingen kärna, så det kan passa genom små kapillärer utan att spricka.
En röd blodcells brist på kärna ger den också mer utrymme för hemoglobin (Hb) , en komplex molekyl som bär syre. Den är gjord av en proteinkomponent som kallas a globin och fyra pigment kallas hemes . Hemmen använder järn för att binda till syre. Inuti varje RBC finns cirka 280 miljoner hemoglobinmolekyler.
Om du tappar mycket blod, du tappar mycket av ditt syretillförselsystem. Immuncellerna, näringsämnen och proteiner som blod bär är viktiga, för, men läkare är i allmänhet mest bekymrade över om dina celler får tillräckligt med syre.
I en nödsituation, läkare ger ofta patienter volymutbyggare , som saltlösning, för att kompensera för förlorad blodvolym. Detta hjälper till att återställa normalt blodtryck och låter de återstående röda blodkropparna fortsätta att bära syre. Ibland, detta är tillräckligt för att hålla kroppen igång tills den kan producera nya blodkroppar och andra blodelement. Om inte, läkare kan ge patent blodtransfusioner att ersätta en del av det förlorade blodet. Blodtransfusioner är också ganska vanliga under vissa kirurgiska ingrepp.
Denna process fungerar ganska bra, men det finns flera utmaningar som kan göra det svårt eller omöjligt att få patienterna det blod de behöver:
Det är här konstigt blod kommer in. Konstgjort blod gör inte allt arbete med riktigt blod - ibland, det kan inte ens ersätta förlorad blodvolym. Istället, den bär syre i situationer där en persons röda blodkroppar inte kan göra det på egen hand. Av denna anledning, artificiellt blod kallas ofta en syre terapeutiskt . Till skillnad från riktigt blod, artificiellt blod kan steriliseras för att döda bakterier och virus. Läkare kan också ge det till patienter oavsett blodtyp. Många nuvarande typer har en hållbarhet på mer än ett år och behöver inte kylas, vilket gör dem idealiska för användning i nöd- och slagfältssituationer. Så även om det faktiskt inte ersätter mänskligt blod, artificiellt blod är fortfarande ganska fantastiskt.
Vi ska titta på varifrån artificiellt blod kommer och hur det fungerar i en persons blodomlopp nästa.
TackTack vare Scott Bernstein för hans hjälp med denna artikel.
Både HBOC och PFC är betydligt mindre än röda blodkroppar. Tills nyligen, de flesta försök att skapa artificiellt blod misslyckades. På 1800-talet, läkare utan framgång gav patienterna djurblod, mjölk, oljor och andra vätskor intravenöst. Även efter upptäckten av mänskliga blodtyper 1901, läkare fortsatte leta efter blodersättningar. Världskrig I och II och upptäckten av hepatit och humant immunbristvirus (HIV) väckte också intresse för dess utveckling.
Läkemedelsföretag utvecklade några sorter av artificiellt blod under 1980- och 1990 -talen, men många övergav sin forskning efter hjärtinfarkt, stroke och dödsfall i mänskliga prövningar. Vissa tidiga formler fick också kapillärer att kollapsa och blodtrycket sköt i höjden. Dock, ytterligare forskning har lett till flera specifika blodersättningar i två klasser - hemoglobinbaserade syrebärare (HBOC) och perflourkolväten (PFC) . Några av dessa substitut närmar sig slutet av deras testfas och kan vara tillgängliga för sjukhus snart. Andra används redan. Till exempel, en HBOC som heter Hemopure används för närvarande på sjukhus i Sydafrika, där spridningen av hiv har hotat blodtillförseln. En PFC-baserad syrgasbärare som heter Oxygent är i de sena stadierna av mänskliga prövningar i Europa och Nordamerika.
De två typerna har dramatiskt olika kemiska strukturer, men de fungerar båda i första hand passiv diffusion . Passiv diffusion drar fördel av gasernas tendens att flytta från områden med större koncentration till områden med lägre koncentration tills den når ett tillstånd av jämvikt . I människokroppen, syre rör sig från lungorna (hög koncentration) till blodet (låg koncentration). Sedan, när blodet når kapillärerna, syret rör sig från blodet (hög koncentration) till vävnaderna (låg koncentration).
Se nästa sida för att lära dig mer om HBOC -blod.
PolyHeme HBOC från Northfield Labs Foto med tillstånd av Northfield Laboratories HBOC liknar vagt blod. De är mycket mörkröda eller vinröda och är gjorda av äkta, steriliserat hemoglobin, som kan komma från en mängd olika källor:
Dock, läkare kan inte bara injicera hemoglobin i människans blodomlopp. När det är inuti blodkroppar, hemoglobin gör ett bra jobb med att transportera och släppa ut syre. Men utan cellens membran för att skydda den, hemoglobin bryts ner mycket snabbt. Sönderfallande hemoglobin kan orsaka allvarliga njurskador. Av denna anledning, de flesta HBOC använder modifierade former av hemoglobin som är starkare än den naturligt förekommande molekylen. Några av de vanligaste teknikerna är:
Forskare har också undersökt HBOC:er som omsluter hemoglobin i ett syntetiskt membran tillverkat av lipider, kolesterol eller fettsyror. En HBOC, kallad MP4, är tillverkad av hemoglobin belagt i polyetylenglykol.
HBOC fungerar ungefär som vanliga RBC. HBOC:s molekyler flyter i blodplasma, ta upp syre från lungorna och släppa det i kapillärerna. Molekylerna är mycket mindre än RBC, så att de kan passa in i utrymmen som RBC inte kan, såsom i extremt svullen vävnad eller onormala blodkärl runt cancertumörer. De flesta HBOC stannar i en persons blod i ungefär en dag - mycket mindre än de 100 dagar eller så som vanliga RBC cirkulerar.
Dock, HBOC har också några biverkningar. De modifierade hemoglobinmolekylerna kan passa in i mycket små utrymmen mellan celler och binda till kväveoxid , vilket är viktigt för att hålla blodtrycket. Detta kan få en patients blodtryck att stiga till farliga nivåer. HBOC kan också orsaka magbesvär och kramper som troligtvis beror på frisättning av fria radikaler , skadliga molekyler som kan skada celler. Vissa HBOC kan orsaka tillfälliga rödaktig missfärgning av ögonen eller rodnad hud.
Nästa, lära dig om PFC -blod och hur det skiljer sig från HBOC.
PFC-baserat artificiellt blod tillverkat av Oxygent Foto med tillstånd av John B. Carnett /Popular Science Till skillnad från HBOC, PFC är vanligtvis vita och är helt syntetiska. De är mycket som kolväten - kemikalier gjorda helt av väte och kol- men de innehåller fluor istället för kol.
PFC är kemiskt inerta, men de är extremt bra på att bära upp lösta gaser. De kan bära mellan 20 och 30 procent mer gas än vatten eller blodplasma, och om det finns mer gas, de kan bära mer av det. Av denna anledning, läkare använder främst PFC i kombination med kompletterande syre. Dock, extra syre kan orsaka frisättning av fria radikaler i en persons kropp. Forskare studerar om PFC kan fungera utan extra syre.
PFC är oljiga och hala, så de måste vara emulgerad , eller hängande i en vätska, att användas i blodet. Vanligtvis, PFC blandas med andra ämnen som ofta används i intravenösa läkemedel, såsom lecitin eller albumin. Dessa emulgeringsmedel bryts så småningom ner när de cirkulerar från blodet. Lever och njurar tar bort dem från blodet, och lungorna andas ut PFC så som de skulle koldioxid. Ibland upplever människor influensaliknande symptom när deras kroppar smälter och andas ut PFC.
PFC, som HBOC, är extremt små och kan passa in i utrymmen som är otillgängliga för RBC. Av denna anledning, vissa sjukhus har studerat om PFC kan behandla traumatisk hjärnskada (TBI) genom att leverera syre genom svullen hjärnvävnad.
Läkemedelsföretag testar PFC och HBOC för användning i specifika medicinska situationer, men de har liknande potentiella användningsområden, Inklusive:
Konstgjort blod är inte utan kontroverser. Nästa, Vi kommer att titta på några av frågorna kring dess användning och dess framtid inom medicin.
PolyHeme, från Northfield Laboratories, är en annan typ av artificiellt blod. Foto med tillstånd av Northfield Laboratories Vid första ögonkastet, artificiellt blod verkar vara bra. Den har en längre hållbarhet än mänskligt blod. Eftersom tillverkningsprocessen kan innefatta sterilisering, det bär inte risken för sjukdomsöverföring. Läkare kan administrera det till patienter av vilken blodgrupp som helst. Dessutom, många människor som inte kan acceptera blodtransfusioner av religiösa skäl kan acceptera artificiellt blod, särskilt PFC, som inte härrör från blod.
Dock, artificiellt blod har stått i centrum för flera kontroverser. Läkare övergav användningen av HemAssist, den första HBOC som testats på människor i USA, efter att patienter som fick HBOC dog oftare än de som fick donerat blod. Ibland, läkemedelsföretag har haft problem med att bevisa att deras syrehållare är effektiva. En del av detta beror på att artificiellt blod skiljer sig från riktigt blod, så det kan vara svårt att utveckla exakta metoder för jämförelse. I andra fall, som när artificiellt blod används för att leverera syre genom svullnad av hjärnvävnad, resultaten kan vara svåra att kvantifiera.
En annan källa till kontrovers har involverat konstgjorda blodstudier. Från 2004 till 2006, Northfield Laboratories började testa en HBOC som heter PolyHeme på traumapatienter. Studien ägde rum på mer än 20 sjukhus runt om i USA. Eftersom många traumapatienter är medvetslösa och inte kan ge samtycke till medicinska ingrepp, Food and Drug Administration (FDA) godkände testet som en studie utan samtycke . Med andra ord, läkare kunde ge patienterna PolyHeme istället för riktigt blod utan att fråga först.
Northfield Laboratories höll möten för att utbilda människor i de samhällen där studien ägde rum. Företaget gav också människor möjlighet att bära ett armband som informerade räddningspersonal om att de föredrog att inte delta. Dock, kritiker hävdade att Northfield Laboratories inte hade gjort tillräckligt för att utbilda allmänheten och anklagade företaget för att ha brutit mot medicinsk etik.
Blodersättningsmedel kan användas som prestationshöjande läkemedel, ungefär som mänskligt blod kan när det används vid bloddopning. En artikel från "Wired" från oktober 2002 rapporterade att vissa cyklister använde Oxyglobin, en veterinär HBOC, för att öka mängden syre i blodet.
Trots kontroversen, artificiellt blod kan vara i stor utsträckning inom de närmaste åren. De kommande generationerna av blodersättningar kommer troligen också att bli mer sofistikerade. I framtiden, HBOC och PFC kan se mycket mer ut som röda blodkroppar, och de kan bära några av de enzymer och antioxidanter som äkta blod bär.
Se länkarna på nästa sida för mer information om blod, artificiellt blod och relaterade ämnen.
Konstgjorda cellerSyrebehandling är inte de enda konstgjorda cellerna som tar sig in i människokroppar. Inkapslade holmar - bukspottkörtelceller inneslutna i ett syntetiskt membran- kan hjälpa till att behandla diabetes. Inkapslat kol kan ta bort droger och gifter från en persons blod.
