Las células rojas de la sangre, también llamados eritrocitos, tienen forma de discos bicóncavos. Aprenda sobre sangre artificial y más con imágenes de la medicina moderna. Foto cortesía de Garrigan.Net Los médicos y científicos han creado muchos dispositivos que pueden reemplazar las partes del cuerpo que se rompen o se desgastan. Un corazón, por ejemplo, es básicamente una bomba; un corazón artificial es una bomba mecánica que mueve la sangre. Similar, los reemplazos totales de rodilla sustituyen el metal y el plástico por huesos y cartílagos. Las prótesis se han vuelto cada vez más complejas, pero siguen siendo esencialmente dispositivos mecánicos que pueden hacer el trabajo de brazos o piernas. Todos estos son bastante fáciles de comprender:cambiar un órgano por un reemplazo artificial generalmente tiene sentido.
Artificial sangre , por otra parte, puede ser alucinante. Una razón es que la mayoría de la gente piensa en la sangre como algo más que tejido conectivo que transporta oxígeno y nutrientes. En lugar de, la sangre representa la vida. Muchas culturas y religiones le otorgan un significado especial, y su importancia ha afectado incluso al idioma inglés. Puede referirse a sus rasgos culturales o ancestrales como si estuvieran en su sangre. Los miembros de su familia son sus parientes consanguíneos. Si estás indignado tu sangre hierve. Si estas aterrorizado corre frío.
La sangre tiene todas estas connotaciones por una buena razón:es absolutamente esencial para la supervivencia de las formas de vida de los vertebrados. incluyendo personas. Transporta oxígeno desde sus pulmones a todas las células de su cuerpo. También recoge el dióxido de carbono que no necesita y lo devuelve a sus pulmones para que pueda exhalarlo. La sangre transporta nutrientes de su sistema digestivo y hormonas de su sistema endocrino a las partes de su cuerpo que los necesitan. Pasa a través de los riñones y el hígado. que eliminan o descomponen desechos y toxinas. Las células inmunes en su sangre ayudan a prevenir y combatir enfermedades e infecciones. La sangre también puede formar coágulos, Previniendo la pérdida de sangre fatal por cortes y raspaduras menores.
Próximo, aprenda sobre los diferentes componentes sanguíneos y por qué podría ser necesaria la sangre artificial.
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Una imagen de microscopio electrónico de barrido de sangre humana en circulación normal. Fotógrafos Bruce Wetzel / Harry Schaefer, cortesía del Instituto Nacional del Cáncer Puede parecer improbable o incluso imposible, que una sustancia artificial podría reemplazar algo que hace todo este trabajo y es tan fundamental para la vida humana. Para entender el proceso, Es útil saber un poco sobre cómo funciona la sangre real. La sangre tiene dos componentes principales: plasma y elementos formados . Casi todo lo que lleva la sangre incluidos los nutrientes, hormonas y desechos, se disuelve en el plasma, que es principalmente agua. Elementos formados , que son células y partes de células, también flotan en el plasma. Los elementos formados incluyen glóbulos blancos (WBC) , que forman parte del sistema inmunológico, y plaquetas , que ayudan a formar coágulos. Glóbulos rojos (RBC) son responsables de una de las tareas más importantes de la sangre:transportar oxígeno y dióxido de carbono.
Los glóbulos rojos son numerosos; constituyen más del 90 por ciento de los elementos formados en la sangre. Prácticamente todo en ellos les ayuda a transportar oxígeno de manera más eficiente. Un glóbulo rojo tiene la forma de un disco cóncavo en ambos lados, por lo que tiene mucha superficie para la absorción y liberación de oxígeno. Su membrana es muy flexible y no tiene núcleo, para que pueda pasar a través de pequeños capilares sin romperse.
La falta de núcleo de un glóbulo rojo también le da más espacio para hemoglobina (Hb) , una molécula compleja que transporta oxígeno. Está hecho de un componente proteico llamado globina y cuatro pigmentos llamados hemes . Los hemes usan el hierro para unirse al oxígeno. Dentro de cada glóbulo rojo hay aproximadamente 280 millones de moléculas de hemoglobina.
Si pierde mucha sangre, pierde gran parte de su sistema de suministro de oxígeno. Las células inmunes los nutrientes y las proteínas que transporta la sangre son importantes, también, pero a los médicos generalmente les preocupa más si sus células están recibiendo suficiente oxígeno.
En una situación de emergencia, los médicos suelen dar a los pacientes expansores de volumen , como solución salina, para compensar la pérdida de volumen sanguíneo. Esto ayuda a restaurar la presión arterial normal y permite que los glóbulos rojos restantes continúen transportando oxígeno. Algunas veces, esto es suficiente para que el cuerpo siga funcionando hasta que pueda producir nuevas células sanguíneas y otros elementos sanguíneos. Que no, los médicos pueden dar patentes transfusiones de sangre para reemplazar parte de la sangre perdida. Las transfusiones de sangre también son bastante comunes durante algunos procedimientos quirúrgicos.
Este proceso funciona bastante bien, pero existen varios desafíos que pueden dificultar o imposibilitar que los pacientes obtengan la sangre que necesitan:
Aquí es donde entra la sangre artificial. La sangre artificial no hace todo el trabajo de la sangre real; a veces, ni siquiera puede reemplazar el volumen de sangre perdido. En lugar de, transporta oxígeno en situaciones en las que los glóbulos rojos de una persona no pueden hacerlo por sí mismos. Por esta razón, La sangre artificial a menudo se llama oxigeno terapéutico . A diferencia de la sangre real, La sangre artificial se puede esterilizar para matar bacterias y virus. Los médicos también pueden administrarlo a los pacientes independientemente del tipo de sangre. Muchos tipos actuales tienen una vida útil de más de un año y no necesitan refrigeración. haciéndolos ideales para su uso en situaciones de emergencia y en el campo de batalla. Entonces, aunque en realidad no reemplaza a la sangre humana, La sangre artificial sigue siendo bastante sorprendente.
A continuación, veremos de dónde proviene la sangre artificial y cómo funciona en el torrente sanguíneo de una persona.
GraciasGracias a Scott Bernstein por su ayuda con este artículo.
Tanto los HBOC como los PFC son considerablemente más pequeños que los glóbulos rojos. Hasta hace poco, la mayoría de los intentos de crear sangre artificial fracasaron. En el siglo 19, los médicos dieron sin éxito a los pacientes sangre animal, Leche, Aceites y otros líquidos por vía intravenosa. Incluso después del descubrimiento de los tipos de sangre humanos en 1901, los médicos seguían buscando sustitutos de la sangre. La Primera y Segunda Guerra Mundial y los descubrimientos de la hepatitis y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) también despertaron interés en su desarrollo.
Las empresas farmacéuticas desarrollaron algunas variedades de sangre artificial en las décadas de 1980 y 1990, pero muchos abandonaron su investigación después de un ataque cardíaco, accidentes cerebrovasculares y muertes en ensayos humanos. Algunas fórmulas tempranas también hicieron que los capilares colapsaran y la presión arterial se disparara. Sin embargo, La investigación adicional ha llevado a varios sustitutos de la sangre específicos en dos clases: portadores de oxígeno basados en hemoglobina (HBOC) y perfluorocarbonos (PFC) . Algunos de estos sustitutos están llegando al final de su fase de prueba y es posible que pronto estén disponibles para los hospitales. Otros ya están en uso. Por ejemplo, un HBOC llamado Hemopure se usa actualmente en hospitales en Sudáfrica, donde la propagación del VIH ha amenazado el suministro de sangre. Un portador de oxígeno basado en PFC llamado Oxygent se encuentra en las últimas etapas de ensayos en humanos en Europa y América del Norte.
Los dos tipos tienen estructuras químicas dramáticamente diferentes, pero ambos funcionan principalmente a través de Difusión pasiva . La difusión pasiva aprovecha la tendencia de los gases a pasar de áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración hasta alcanzar un estado de equilibrio . En el cuerpo humano el oxígeno pasa de los pulmones (alta concentración) a la sangre (baja concentración). Luego, una vez que la sangre llega a los capilares, el oxígeno pasa de la sangre (alta concentración) a los tejidos (baja concentración).
Consulte la página siguiente para obtener más información sobre la sangre HBOC.
PolyHeme HBOC de Northfield Labs Foto cortesía de Northfield Laboratories Los HBOC se parecen vagamente a la sangre. Son de color rojo muy oscuro o burdeos y están hechos de reales, hemoglobina esterilizada, que puede provenir de una variedad de fuentes:
Sin embargo, los médicos no pueden simplemente inyectar hemoglobina en el torrente sanguíneo humano. Cuando está dentro de las células sanguíneas, la hemoglobina hace un gran trabajo transportando y liberando oxígeno. Pero sin la membrana celular que la proteja, la hemoglobina se degrada muy rápidamente. La desintegración de la hemoglobina puede causar un daño renal grave. Por esta razón, la mayoría de los HBOC utilizan formas modificadas de hemoglobina que son más resistentes que la molécula natural. Algunas de las técnicas más comunes son:
Los científicos también han investigado que los HBOC envuelven la hemoglobina en una membrana sintética hecha de lípidos, colesterol o ácidos grasos. Un HBOC, llamado MP4, está hecho de hemoglobina recubierta de polietilenglicol.
Los HBOC funcionan de manera muy similar a los glóbulos rojos ordinarios. Las moléculas de HBOC flotan en el plasma sanguíneo, recogiendo oxígeno de los pulmones y dejándolo caer en los capilares. Las moléculas son mucho más pequeñas que los glóbulos rojos, para que puedan caber en espacios que los glóbulos rojos no pueden, como en tejido extremadamente inflamado o vasos sanguíneos anormales alrededor de tumores cancerosos. La mayoría de los HBOC permanecen en la sangre de una persona durante aproximadamente un día, mucho menos de los 100 días que circulan los glóbulos rojos ordinarios.
Sin embargo, Los HBOC también tienen algunos efectos secundarios. Las moléculas de hemoglobina modificadas pueden caber en espacios muy pequeños entre las células y unirse a óxido nítrico , que es importante para mantener la presión arterial. Esto puede hacer que la presión arterial de un paciente aumente a niveles peligrosos. Los HBOC también pueden causar molestias y calambres abdominales que probablemente se deben a la liberación de radicales libres , moléculas dañinas que pueden dañar las células. Algunos HBOC pueden causar una decoloración rojiza de los ojos o piel enrojecida.
Próximo, aprenda sobre la sangre PFC y en qué se diferencia de los HBOC.
Sangre artificial a base de PFC fabricada por Oxygent Foto cortesía de John B. Carnett / Popular Science A diferencia de los HBOC, Los PFC suelen ser blancos y son completamente sintéticos. Se parecen mucho hidrocarburos - productos químicos hechos completamente de hidrógeno y carbono - pero contienen flúor en lugar de carbono.
Los PFC son químicamente inertes, pero son extremadamente buenos para transportar gases disueltos. Pueden transportar entre un 20 y un 30 por ciento más de gas que el agua o el plasma sanguíneo. y si hay más gas presente, pueden llevar más. Por esta razón, los médicos utilizan principalmente PFC junto con oxígeno suplementario. Sin embargo, el oxígeno adicional puede provocar la liberación de radicales libres en el cuerpo de una persona. Los investigadores están estudiando si los PFC pueden funcionar sin oxígeno adicional.
Los PFC son aceitosos y resbaladizos, entonces ellos tienen que ser emulsionado , o suspendido en un líquido, para ser utilizado en la sangre. Generalmente, Los PFC se mezclan con otras sustancias de uso frecuente en fármacos intravenosos, como lecitina o albúmina. Estos emulsionantes eventualmente se descomponen a medida que circulan desde la sangre. El hígado y los riñones los eliminan de la sangre, y los pulmones exhalan los PFC como lo harían con el dióxido de carbono. A veces, las personas experimentan síntomas similares a los de la gripe cuando sus cuerpos digieren y exhalan los PFC.
PFC, como los HBOC, son extremadamente pequeños y pueden caber en espacios inaccesibles para los glóbulos rojos. Por esta razón, algunos hospitales han estudiado si los PFC pueden tratar lesión cerebral traumática (TBI) suministrando oxígeno a través del tejido cerebral inflamado.
Las empresas farmacéuticas están probando PFC y HBOC para su uso en situaciones médicas específicas, pero tienen usos potenciales similares, incluso:
La sangre artificial no está exenta de controversias. Próximo, veremos algunos de los problemas que rodean su uso, así como su futuro en la medicina.
PolyHeme, de Northfield Laboratories, es otro tipo de sangre artificial. Foto cortesía de Northfield Laboratories A primera vista, la sangre artificial parece algo bueno. Tiene una vida útil más larga que la sangre humana. Dado que el proceso de fabricación puede incluir la esterilización, no conlleva el riesgo de transmisión de enfermedades. Los médicos pueden administrarlo a pacientes de cualquier tipo de sangre. Además, muchas personas que no pueden aceptar transfusiones de sangre por razones religiosas pueden aceptar sangre artificial, particularmente los PFC, que no se derivan de la sangre.
Sin embargo, La sangre artificial ha estado en el centro de varias controversias. Los médicos abandonaron el uso de HemAssist, el primer HBOC probado en humanos en los Estados Unidos, después de que los pacientes que recibieron el HBOC murieran con más frecuencia que los que recibieron sangre donada. Algunas veces, Las empresas farmacéuticas han tenido problemas para demostrar que sus transportadores de oxígeno son eficaces. Parte de esto se debe a que la sangre artificial es diferente de la sangre real, por lo que puede resultar difícil desarrollar métodos precisos de comparación. En otros casos, como cuando se usa sangre artificial para suministrar oxígeno a través del tejido cerebral inflamado, los resultados pueden ser difíciles de cuantificar.
Otra fuente de controversia ha involucrado los estudios de sangre artificial. De 2004 a 2006, Northfield Laboratories comenzó a probar un HBOC llamado PolyHeme en pacientes con trauma. El estudio se llevó a cabo en más de 20 hospitales de Estados Unidos. Dado que muchos pacientes con trauma están inconscientes y no pueden dar su consentimiento para procedimientos médicos, la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) aprobó la prueba como un estudio sin consentimiento . En otras palabras, los médicos podían darles a los pacientes PolyHeme en lugar de sangre real sin preguntar primero.
Northfield Laboratories llevó a cabo reuniones para educar a las personas en las comunidades donde se llevó a cabo el estudio. La compañía también brindó a las personas la oportunidad de usar un brazalete para informar al personal de emergencia que preferían no participar. Sin embargo, los críticos afirmaron que Northfield Laboratories no había hecho lo suficiente para educar al público y acusaron a la empresa de violar la ética médica.
Los sustitutos de la sangre se pueden utilizar como fármacos para mejorar el rendimiento. al igual que la sangre humana cuando se usa en el dopaje sanguíneo. Un artículo de octubre de 2002 en "Wired" informó que algunos ciclistas estaban usando Oxyglobin, un HBOC veterinario, para aumentar la cantidad de oxígeno en su sangre.
A pesar de la controversia, La sangre artificial puede ser de uso generalizado en los próximos años. Las próximas generaciones de sustitutos de la sangre probablemente también se volverán más sofisticadas. En el futuro, Los HBOC y los PFC pueden parecerse mucho más a los glóbulos rojos, y pueden contener algunas de las enzimas y antioxidantes que transporta la sangre real.
Consulte los enlaces en la página siguiente para obtener más información sobre sangre, sangre artificial y temas relacionados.
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