Наука - Кровное дело

14 июня — Всемирный день донора крови
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 году он получил за это Нобелевскую премию). А после того как в 1914 году русский врач Вадим Юревич (и одновременно его бельгийские и американские коллеги) предложили 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 – сейчас он существует только в бедных странах. В России дефицита как такового нет, а моменты некоторой напряженности (как правило, в случаях терактов или стихийных бедствий) возникают не из-за 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.

Дамоклов меч как для врачей, так и для пациентов – возможность передачи с донорской кровью инфекционных заболеваний. Но 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 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 ПЦР-анализ нуклеиновых кислот на 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 нуклеиновые кислоты других вирусов в России также необязательно, однако его внедрение входит в планы развития трансфузионной отрасли на ближайшее будущее.

Для повышения уровня безопасности препаратов крови в богатых странах используют различные методы инактивации вирусов – такие как обработка детергентами (полисорбитом, тритоном Х100, тиоцианатом натрия), пастеризация и другие режимы прогревания, ультра- и нанофильтрация. Наиболее универсален для очистки плазмы 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, стопроцентное 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.

Еще одна проблема – ограниченный срок хранения компонентов крови. Эритроциты хранятся при –4°С до 35 дней с 70-процентным сохранением жизнеспособности, 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, где хранился бы биоматериал всех желающих. Однако экономически это нецелесообразно и рекомендуется для сохранения собственной крови только в случаях угрозы массивной кровопотери.

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

Первая смертельная опасность при массивной кровопотере – падение кровяного давления: в сосудах остается так мало жидкости, что сердце не способно ее перекачивать. Недостаток жидкости можно восполнить обыкновенным физраствором (0,9% NaCl), заменив до 30% крови. Это на пару часов нормализует давление, но впоследствии вызовет отек тканей. Обойтись без отека позволяют коллоидные кровезаменители на основе желатина, гидроксиэтилкрахмала, декстрана (это полимер глюкозы, синтезируемый некоторыми бактериями) или полиэтиленгликоля.

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: донорские эритроциты циркулируют в крови реципиента до трех месяцев, а синтетические – не более суток. Но кислород они переносят не хуже, чем цельная кровь.

Такие препараты особенно необходимы в экстренных ситуациях: набор пакетов с драгоценной и скоропортящейся эритроцитарной массой разных групп нельзя возить в «скорой» на всякий случай. И даже когда пострадавшего доставили в стационар, лучше скорее начать трансфузию кровезаменителем, а уже потом вводить плазму 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.

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

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 (даже в препаратах второго поколения – около 0,2 мкм) размере капель перфторуглеродов, которые слипались в еще более крупные структуры, что приводило к закупорке мелких сосудов.

Разработанный в 1970–1980-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.

Испытания Перфторана на животных, а потом и в клинике 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 городе Пущино производится единственный в мире и действительно превосходный кровезаменитель. Американский Oxygent и японский Fluosol-DА уступали Перфторану по всем показателям и в настоящее время не производятся.

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 храниться 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 может стать источником возбудителей губчатой энцефалопатии – упомянутой выше болезни Крейтцфельда–Якоба.

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 два раза дольше).

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.

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

Группу крови определяют содержащиеся в оболочке эритроцитов гликопротеиды – белково-углеводные комплексы – А и В (их называют агглютиногенами, от слова агглютинация – слипание). В плазме крови могут присутствовать два типа антител к этим антигенам – агглютининов, a (анти-A) и І (анти-B). При взаимодействии одноименных агглютиногенов и агглютининов (А и a, В и І) происходит склеивание (гемагглютинация) и разрушение эритроцитов. На рисунке внизу представлены четыре группы крови – комбинации наличия или отсутствия в плазме и эритроцитах этих четырех факторов. При переливании крови обязательно учитывают и резус-фактор. Определяющие его комбинации белков и антител намного сложнее, зато результат проще: у 85 процентов людей (имеющий положительный резус, Rh+) в эритроцитах есть специфический белок, у остальных (с отрицательным резусом, Rh–) его нет. А вот диета по группам крови – чистой воды шарлатанство. Правда, вреда от этого почти никакого (не считая расходов на «исследование»). Даже польза может быть: получив список бессмысленных запретов вроде «вместо индюшатины – курятина +, спаржа – латук +» на восемь листов с голограммой, невольно задумаешься – не пора ли завязывать с бутербродами на бегу и питаться три раза в день?
Сумма частей – больше, чем целое

Переливать цельную кровь – не только излишняя, но и опасная роскошь. Кровь – сложная система клеток и белков, в случае переливания вызывающих реакцию иммунной системы пациента. Сегодня трансфузиологи практически отказались от переливания цельной крови и перешли на использование отдельных ее компонентов. Уже несколько десятилетий донорскую кровь с помощью центрифугирования разделяют на 3–4 составляющих: плазму, из которой выделяют различные белки (факторы свертывания крови, альбумин и гамма-глобулин), эритроциты и тромбоциты, а при необходимости и лейкоциты. При анемии организму нужны только цельные эритроциты, при лейкозах – в основном тромбоциты, при гемофилии – выделенные из плазмы белковые факторы свертываемости крови. Эритроцитарную массу переливают при массивных кровопотерях (для взрослого человека среднего роста – 1,5 л и более). А при самом частом показании к переливанию – кровопотерях после травмы или операции – обычно достаточно плазмы или искусственных кровезаменителей.
Состав крови

Примерно 50% из пяти литров крови, циркулирующих в среднестатистическом человеческом организме, 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 (в том числе антитела – иммуноглобулины), фибриноген и другие белки системы свертывания крови, а также питательные вещества (в частности, глюкозу и жиры), гормоны, витамины, ферменты, продукты обмена веществ и неорганические ионы.