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長久以來，血液資源一直緊張，缺口很大；在發(fā)生戰(zhàn)爭或一些重大災(zāi)害時，血液的供應(yīng)尤其難以得到保證。早在“二戰(zhàn)”時，由于戰(zhàn)場條件惡劣、缺乏充足的血源供應(yīng)，而且也沒有時間和條件來驗對血型，因此，至少有50%以上的負(fù)傷人員由于沒有得到及時輸血搶救而死亡。現(xiàn)在，臺風(fēng)、海嘯、地震等突發(fā)災(zāi)害也常常造成大量人員死亡，其中無法及時輸血搶救是原因之一。近年來由于戰(zhàn)爭，嚴(yán)重的自然災(zāi)害，恐bu事件等原因，對血液供應(yīng)的要求量增大，僅靠血庫供血難以滿足需求。于是，多年來，人們一直探索能否研制出一種血液代用品，在緊急時刻不需驗對血型即可直接使用，而且可以長期保存以備急需。
人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質(zhì)較色的白蛋白中放入 血紅素分子，制成白蛋白血紅素，這就是人工血液。
血液
血液是在循環(huán)系統(tǒng)中，心臟和血管腔內(nèi)循環(huán)流動的一種組織。血液組織是結(jié)締組織的一種。由血漿和血細(xì)胞組成。血漿內(nèi)含血漿蛋白（白蛋白、球蛋白、纖維蛋白原）、脂蛋白等各種營養(yǎng)成分以及無機鹽、氧、激素、酶、抗體和細(xì)胞代謝產(chǎn)物等。血細(xì)胞有紅血球、白血球和血小板。哺乳類的血液具有凝血機制，血小板破裂時，會將血漿中原本可水溶的血纖維蛋白和血細(xì)胞等凝固成為血餅，剩余的透明液體就叫做血清。血漿約占血液的55%，血細(xì)胞和血小板組成血液的另外45%。血液的主要功能：運輸物質(zhì)、保持體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、防御功能、調(diào)節(jié)機能。血液是包括人類在內(nèi)的所有脊椎動物賴以生存的必要之物。它從人的肺中提取氧氣并輸送到身體各部位的細(xì)胞中；還會收集您不需要的二氧化碳，并將其送回肺中，從那通過呼氣排出體外。血液通過消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)把營養(yǎng)素和激素類物質(zhì)輸送至全身。他還會流經(jīng)去除或分解體內(nèi)廢物和毒素的腎和肝。血液中的免疫細(xì)胞有助于抵御疾病和感染，血液還可以形成凝塊，放置小傷口或擦傷引起大出血。
人工血液的概念和必要性
長久以來，血液資源一直緊張，缺口很大；在發(fā)生戰(zhàn)爭或一些重大災(zāi)害時，血液的供應(yīng)尤其難以得到保證。早在“二戰(zhàn)”時，由于戰(zhàn)場條件惡劣、缺乏充足的血源供應(yīng)，而且也沒有時間和條件來驗對血型，因此，至少有50%以上的負(fù)傷人員由于沒有得到及時輸血搶救而死亡?，F(xiàn)在，臺風(fēng)、海嘯、地震等突發(fā)災(zāi)害也常常造成大量人員死亡，其中無法及時輸血搶救是原因之一。近年來由于戰(zhàn)爭，嚴(yán)重的自然災(zāi)害，恐bu事件等原因，對血液供應(yīng)的要求量增大，僅靠血庫供血難以滿足需求。于是，多年來，人們一直探索能否研制出一種血液代用品，在緊急時刻不需驗對血型即可直接使用，而且可以長期保存以備急需。
人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質(zhì)較色的白蛋白中放入 血紅素分子，制成白蛋白血紅素，這就是人工血液。
人工血液的研究進(jìn)程
1966年，美國科學(xué)家克拉克發(fā)現(xiàn)，在含碳氟化合物的容器里有只老鼠，當(dāng)他取出老鼠并排除其呼吸道中的液體時，老鼠竟然蘇醒了。出于好奇心，克拉克有意在這類液體里放入老鼠，幾小時后取出，結(jié)果大大出乎他的意料：老鼠奇跡般的復(fù)活了。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種液體溶解氧氣和二氧化碳的能力分別是水的20倍和3倍?？死藦闹械玫絾l(fā)：可以用這種液體來代替血液。
1979年，一種新型的氟碳化合物乳劑作為人造血液，*在日本應(yīng)用于人體單腎臟移植手術(shù)，并取得成功。時隔不久，美國也報道了人造血液給一位信仰宗教、拒絕輸血的老人治療血液病獲得成功。這種奇妙的人造血液，是白色的；不分血型，不管哪種血型的人都能使用，所以我們說人造血液是名符其實的萬能血液。
1980年8月6日，中國人造血液的研究在上海獲得成功。這是中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和中國人民解放jun第三軍醫(yī)大學(xué)的科學(xué)工作者經(jīng)過5年的研究而試制成功的。人造血液是氟碳化合物在水中的超細(xì)乳狀液。這種奇妙的白色血液注入人體后，同人體正常血中的紅細(xì)胞一樣，具有良好的載氧能力和排出二氧化碳的能力，可以說，它是一種紅細(xì)胞的代用品。氟碳化合物像螃蟹的螯那樣，能夠把氧抓住，在人體里再把氧氣放出來，進(jìn)行人體里的特種氧化還原反應(yīng)。它的生物化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不管哪種血型的人，都能使用人造血液。
庫珀教授是歐洲血液代用品工程中的成員，這個組織成立于兩年前，專門研究人造血液。這項工程的研究人員分別來自英國、丹麥、法國、荷蘭、意大利、瑞典和匈牙利，他們集中精力研究血紅蛋白替代品。美國比普勒公司已經(jīng)研發(fā)出一種叫作“Hemopure”的新產(chǎn)品，并且在世界艾滋病感染率很高的南非投入使用，只是還沒被獲準(zhǔn)在美洲和歐洲使用。“Hemopure”使用了從牛血中提取的血紅蛋白，考慮到牛海綿狀腦病感染因素，這種新產(chǎn)品更難被美國和歐洲接受。血紅蛋白可從過期的捐獻(xiàn)血液、牛的血液甚至植物和真菌中提取。然后對它進(jìn)行改良，確保注入體內(nèi)后它能保持穩(wěn)定。因為血紅蛋白不包括能讓血液形成不同類型的分子，因此，相同的血紅蛋白代替品可以應(yīng)用到不同病人身上。而且它可以被放在室溫下永jiu保存，運輸也很方便。
歐洲研究員還把目光聚焦在以血紅蛋白為基礎(chǔ)的產(chǎn)品上時，美國已經(jīng)轉(zhuǎn)向了另一人造血液來源———一種被稱作六氟化硫的聚四氟乙烯類型的人工合成液體上。六氟化硫可消溶大量氧氣，造價便宜，易于制作，并且儲藏簡單。但在操作過程中，病人需要通過特定面具吸入70%-100%的氧氣，這就意味著在醫(yī) 院以外的環(huán)境下使用這種物質(zhì)的可能受到限制。
2011年，英國科學(xué)家利用干細(xì)胞制造的人造血液可能在兩年內(nèi)在人類身上試用。據(jù)悉，這種人造血不會感染，并可適用于所有血型的人員。研究人員表示，人造血投入使用將改善醫(yī)院的血液緊缺狀況，讓病患獲益。人們還可以利用人造血，在戰(zhàn)地或車禍現(xiàn)場挽救更多生命。此外，心臟移植病人和癌癥患者也能受益。此項研究是在英國愛丁堡大學(xué)和布里斯托大學(xué)進(jìn)行的。造血干細(xì)胞素來有血液中的“圣杯”一說，愛丁堡大學(xué)教授馬克·托納表示，希望能用造血干細(xì)胞制造出O型陰性血，這種血型可適用于98%的人群。人造血液在發(fā)展中國家的用途會更多，預(yù)計可以挽救數(shù)千原本因產(chǎn)后大出血而被迫死qu的孕婦。托納教授預(yù)計，在未來兩到三年中，第一批人造血液就可以進(jìn)行臨床實驗。
2013年，羅馬尼亞科學(xué)家研制出一種人造血液—由水、無機鹽以及一種深海昆蟲體內(nèi)提取的蚯蚓血紅蛋白合成的材料，可短時間替代血液實現(xiàn)氧氣和二氧化碳交換代謝。這一成果如果得以成功推廣應(yīng)用，則有望緩解血庫的供給短缺，甚至避免血液污染的風(fēng)險，同時通過化學(xué)修飾，實現(xiàn)對氣體的高溶解度，避免氣泡的產(chǎn)生，大大提高輸血的適用范圍和臨床功效。
2013年12月，日本研究人員成功利用干細(xì)胞培育出能夠攜帶氧的紅細(xì)胞，在此基礎(chǔ)上有望大量培育用于輸血的紅細(xì)胞，幫助醫(yī)療系統(tǒng)緩解用血緊張狀況。
研究發(fā)現(xiàn)雖然成熟的紅細(xì)胞不能自我復(fù)制，但其發(fā)育過程中的“半成品”——紅系祖細(xì)胞具有復(fù)制能力，他們發(fā)現(xiàn)有兩個基因?qū)t系祖細(xì)胞的復(fù)制和成熟發(fā)揮重要作用。將這兩個基因?qū)胝T導(dǎo)性多能干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞中后，成功培育出在實驗室中幾乎可以無限復(fù)制增殖的紅系祖細(xì)胞，并使它們成功分化為成熟的紅細(xì)胞。分化出的紅細(xì)胞中大部分都是胚胎血紅蛋白，與成人血紅蛋白不同，但研究人員證實這些血紅蛋白有攜氧能力，并能在輸血后在實驗鼠體內(nèi)循環(huán)。
人工血液的種類
人造血液主要有三種：
（1）人工合成的血紅蛋白；
（2）用天然血紅蛋白制成的人工紅血球；
（3）人工合成具有攜氧功能的氟碳化合物。氟碳代血液是由全氟化合物組成的膠體超微乳劑，具有良好的攜氧能力，在一定濃度和氧分壓條件下，其氧溶解度為水的20倍，比血液高2倍。作為人工血應(yīng)用較好的氟碳化合物有全氟正丁基呋喃、全氟3丁胺、氟列昂E4、全氟萘烷、全氟甲基萘烷，全氟三丙胺等。
人們發(fā)現(xiàn)了兩大類血液替代品——血紅蛋白攜氧載體（HBC）和全氟碳化物（PFC）。已經(jīng)有部分人工血液接近測試階段的尾聲，很快便可在醫(yī)院應(yīng)用。另有一些則已經(jīng)開始應(yīng)用。例如，被稱為牛血紅蛋白多聚體（Hemopure）的HBOC類血液替代品正應(yīng)用于受HIV威脅嚴(yán)重的南非。而在歐美，一種名為Oxygent的PFC類攜氧載體已進(jìn)入人體試驗的后期階段。
這兩類血液替代品化學(xué)結(jié)構(gòu)迥異，但基本都是通過被動擴(kuò)散來實現(xiàn)功能。被動擴(kuò)散利用了氣體趨向于從高濃度區(qū)域移至低濃度區(qū)域，直至達(dá)到平衡狀態(tài)的屬性。在人體內(nèi)，氧氣從肺（高濃度）移至血液（低濃度）中；隨后，一旦血液到達(dá)毛細(xì)血管，氧氣即從血液（高濃度）移至組織（低濃度）。
HBOC
HBOC與血液大致類似。它們呈暗紅色或紫紅色，由經(jīng)滅菌處理的血紅蛋白制成，血紅蛋白的來源有很多：
1、來自過期的人類血液的紅細(xì)胞
2、來自牛血的紅細(xì)胞
3、可產(chǎn)生血紅蛋白的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌
4、人類胎盤
但是，醫(yī)生不能直接將血紅蛋白注射到人體中。當(dāng)血紅蛋白進(jìn)入血細(xì)胞后，*可以起到攜帶和釋放氧氣的功能。但如果沒有細(xì)胞膜的保護(hù)，血紅蛋白的分解速度會非?？?，而這可能導(dǎo)致腎臟嚴(yán)重?fù)p傷。
出于該原因，大多數(shù)HBC使用的是比天然分子堅固得多的改進(jìn)型血紅蛋白。一些zui常見的技術(shù)是：
1、將血紅蛋白分子與名為雙阿司匹林的攜氧血紅蛋白衍生物進(jìn)行部分交聯(lián)
2、 過多分子彼此結(jié)合，形成聚合血紅蛋白
3、 將其與聚合物結(jié)合，形成共軛血紅蛋白
科學(xué)家還研究了由類脂物、膽固醇或脂肪酸制成的人造膜包裹血紅蛋白的HBOC。有一種名叫MP4的HBOC就是由聚乙二醇包覆的血紅蛋白制成的。
HBOC的工作方式與普通紅細(xì)胞大致相同。HBOC分子漂浮在血漿中，從肺中獲得氧氣并將其釋放到毛細(xì)血管中。這些分子比紅細(xì)胞小得多，因此可以到達(dá)紅細(xì)
胞無法流經(jīng)的地方，如腫脹的組織或惡性腫瘤周圍的異常血管等。大多數(shù)HBOC在人體血液中停留一天左右——比普通紅細(xì)胞100天的循環(huán)周期短得多。
但是，HBOC也有一些副作用。改進(jìn)型血紅蛋白分子可進(jìn)入細(xì)胞間的微小空間并結(jié)合一氧化氮，一氧化氮對于維持血壓非常重要。這會導(dǎo)致病人的血壓飆升。HBOC還可導(dǎo)致腹部不適和絞痛，這很可能是由于自由基的釋放，而自由基是一種對細(xì)胞有害的分子。某些HBOC還會導(dǎo)致眼睛暫時變紅或皮膚潮紅。
PFC
與HBOC不同，PFC通常是白色的，*由人工合成。它們與碳?xì)浠衔锖芟嗨?，但它們包含的是氟而不是氫?br />PFC具有化學(xué)惰性，但在攜帶溶解氣體方面很出色。它們能夠比水或血漿多攜帶20%至30%的氣體，如果存在更多的氣體，它們還能攜帶得更多。出于該原因，
醫(yī)生在使用PFC的同時會進(jìn)行輸氧。但是，多余的氧氣可導(dǎo)致人體內(nèi)自由基的釋放。研究人員正在研究PFC能否在沒有額外氧氣的條件下工作。
PFC既油又滑，因此在使用時必須行乳化處理或懸浮在某種溶液中。PFC一般與通常用于靜脈注射的其他藥物混合使用，如卵磷脂或白蛋白。這些乳化劑終會在離開血液循環(huán)系統(tǒng)時分解，肝臟和腎臟將其從血液中除去，肺會像呼出二氧化碳一樣，將PFC呼出體外。有時，在機體分解和呼出PFC時，人體會產(chǎn)生類似流感的癥狀。
與HBOC類似，PFC體積很小，可以到達(dá)紅細(xì)胞無法到達(dá)的地方。出于該原因，有些醫(yī)院研究了是否可以使用PFC將氧氣送過腫脹的腦組織，以此治療創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）。
制藥公司正在測試PFC和HBOC在某些特定醫(yī)療情況下的療效，但它們還有很多潛在用途，例如：
1、在創(chuàng)傷失血后，恢復(fù)人體供氧能力，特別是在急救室和戰(zhàn)場上
2、預(yù)防在手術(shù)過程中突然急需輸血
3、維持通向腫瘤組織的氧流量，以使化療更為有效
4、治療會導(dǎo)致紅細(xì)胞數(shù)量減少的貧血病
5、向受到鐮狀細(xì)胞貧血癥影響的身體腫脹組織輸送氧氣
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