Cómo Funciona La Sangre Artificial

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La sangre artificial transporta oxígeno en situaciones en las que los glóbulos rojos de una persona no pueden hacerlo por sí mismos. Aprende sobre la sangre artificial y cómo se hace.

Los médicos y científicos han creado muchos aparatos que pueden hacerse cargo de 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 sangre. De manera similar, los reemplazos totales de rodilla sustituyen al metal y al plástico por los huesos y el cartílago. Las extremidades protésicas se han vuelto cada vez más complejas, pero aún son dispositivos esencialmente mecánicos que pueden hacer el trabajo de brazos o piernas. Todo esto es bastante fácil de comprender: el intercambio de un órgano por un reemplazo artificial suele tener sentido.

Artificial sangrePor otro lado, puede ser alucinante. Una de las razones es que la mayoría de las personas piensan que la sangre es algo más que un simple tejido conectivo que transporta oxígeno y nutrientes. En cambio, la sangre representa la vida. Muchas culturas y religiones le dan un significado especial, y su importancia incluso ha afectado el idioma inglés. Puede referirse a sus rasgos culturales o ancestrales como si estuvieran en su sangre. Los miembros de tu familia son tus parientes de sangre. Si estás indignado, tu sangre hierve. Si estás aterrorizado, hace frío.

La sangre transporta todas estas connotaciones por una buena razón: es absolutamente esencial para la supervivencia de las formas de vida de los vertebrados, incluidas las 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 suministra 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 los desechos y toxinas. Las células inmunes en la sangre ayudan a prevenir y combatir enfermedades e infecciones. La sangre también puede formar coágulos, previniendo la pérdida de sangre fatal por pequeños cortes y rasguños.

A continuación, aprenda sobre los diferentes componentes de la sangre y por qué podría ser necesaria la sangre artificial.

¿Qué es la sangre?

Imagen de microscopio electrónico de barrido de sangre humana circulante normal.

Imagen de microscopio electrónico de barrido de sangre humana circulante normal.

Puede parecer improbable, o incluso imposible, que una sustancia artificial pueda reemplazar algo que hace todo este trabajo y que es tan fundamental para la vida humana. Para comprender 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, las hormonas y los desechos, se disuelve en el plasma, que es principalmente agua. Elementos formados, que son células y partes de las células, también flotan en el plasma. Los elementos formados incluyen glóbulos blancos (GB), 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 sobre 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, por lo que puede 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 de proteína llamado globina y cuatro pigmentos llamados hemes. Los dobladillos usan hierro para unirse al oxígeno. Dentro de cada RBC hay unos 280 millones de moléculas de hemoglobina.

Si pierde mucha sangre, perderá gran parte de su sistema de suministro de oxígeno. Las células inmunitarias, los nutrientes y las proteínas que transporta la sangre también son importantes, pero los médicos generalmente están más preocupados por saber si sus células están recibiendo suficiente oxígeno.

En una situación de emergencia, los médicos a menudo dan a los pacientes expansores de volumen, como la solución salina, para compensar la pérdida de volumen sanguíneo. Esto ayuda a restablecer la presión arterial normal y permite que los glóbulos rojos restantes continúen transportando oxígeno. A veces, esto es suficiente para que el cuerpo siga funcionando hasta que pueda producir nuevas células sanguíneas y otros elementos sanguíneos. Si no, los médicos pueden dar patentes. transfusiones de sangre para reemplazar algo 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:

  • La sangre humana debe mantenerse fresca y tiene una vida útil de 42 días. Esto hace que no sea práctico que los equipos de emergencia lo lleven en ambulancias o que el personal médico lo lleve al campo de batalla. Los expansores de volumen por sí solos pueden no ser suficientes para mantener vivo a un paciente con hemorragia grave hasta que llegue al hospital.
  • Los médicos deben asegurarse de que la sangre sea la correcta. tipo - A, B, AB u O - antes de dárselo a un paciente. Si una persona recibe el tipo de sangre incorrecto, puede producirse una reacción mortal.
  • La cantidad de personas que necesitan sangre está creciendo más rápido que la cantidad de personas que donan sangre.
  • Los virus como el VIH y la hepatitis pueden contaminar el suministro de sangre, aunque los métodos de prueba mejorados han hecho que la contaminación sea menos probable en la mayoría de los países desarrollados.

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 perdido de sangre. En su lugar, 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 un oxigeno terapéutico. A diferencia de la sangre real, la sangre artificial puede esterilizarse para matar bacterias y virus. Los médicos también pueden dárselo a los pacientes independientemente del tipo de sangre. Muchos tipos actuales tienen una vida útil de más de un año y no necesitan ser refrigerados, lo que los hace ideales para usar en situaciones de emergencia y en campos de batalla. Entonces, aunque en realidad no reemplaza a la sangre humana, la sangre artificial sigue siendo bastante sorprendente.

Veremos de dónde proviene la sangre artificial y cómo funciona en el torrente sanguíneo de una persona a continuación.

Gracias

Gracias a Scott Bernstein por su ayuda con este artículo.

Células de sangre artificiales

Tanto los HBOC como los PFC son considerablemente más pequeños que los glóbulos rojos.

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 fracasaban. En el siglo XIX, los médicos dieron a los pacientes, sin éxito, sangre animal, leche, aceites y otros líquidos por vía intravenosa. Incluso después del descubrimiento de los tipos de sangre humanos en 1901, los médicos siguieron buscando sustitutos de la sangre. Las guerras mundiales I y II y los descubrimientos de hepatitis y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) también despertaron interés en su desarrollo.

Las compañías farmacéuticas desarrollaron algunas variedades de sangre artificial en los años 80 y 90, pero muchos abandonaron su investigación después de ataques cardíacos, accidentes cerebrovasculares y muertes en ensayos en humanos. Algunas fórmulas tempranas también causaron el colapso de los capilares y la presión arterial se disparó. Sin embargo, investigaciones adicionales han llevado a varios sustitutos de sangre específicos en dos clases: portadores de oxígeno a base de hemoglobina (HBOC) y perfluorocarbonos (PFCs). Algunos de estos sustitutos están llegando al final de su fase de prueba y pronto estarán 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 transportador de oxígeno basado en PFC llamado Oxygent se encuentra en las últimas etapas de los ensayos con humanos en Europa y América del Norte.

Los dos tipos tienen estructuras químicas dramáticamente diferentes, pero ambos trabajan principalmente a través de Difusión pasiva. La difusión pasiva aprovecha la tendencia de los gases a moverse desde áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración hasta que alcanza un estado de equilibrio. En el cuerpo humano, el oxígeno se mueve desde 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 (concentración alta) a los tejidos (concentración baja).

Consulte la página siguiente para obtener más información sobre la sangre de HBOC.

Sangre de HBOC

PolyHeme HBOC de Northfield Labs

PolyHeme HBOC de Northfield Labs

Los HBOC se parecen vagamente a la sangre. Son de color rojo muy oscuro o burdeos y están hechos de hemoglobina esterilizada real, que puede provenir de una variedad de fuentes:

  • Los glóbulos rojos de sangre humana caducada real
  • Los glóbulos rojos de la sangre de vaca
  • Bacterias genéticamente modificadas que pueden producir hemoglobina.
  • Placentas humanas

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 de transportar y liberar oxígeno. Pero sin la membrana celular para protegerla, la hemoglobina se descompone muy rápidamente. La desintegración de la hemoglobina puede causar daños renales graves. 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:

  • Entrecruzamiento porciones de la molécula de hemoglobina con un derivado de hemoglobina que transporta oxígeno llamado diaspirina
  • Polimerizacion hemoglobina mediante la unión de múltiples moléculas entre sí
  • Conjugando hemoglobina mediante la unión a un polímero

Los científicos también han investigado los HBOC que contienen hemoglobina en una membrana sintética hecha de lípidos, colesterol o ácidos grasos. Un HBOC, llamado MP4, está hecho de hemoglobina recubierta en polietilenglicol.

Los HBOC funcionan de manera muy similar a los glóbulos rojos ordinarios. Las moléculas del HBOC flotan en el plasma sanguíneo, recogen el oxígeno de los pulmones y lo dejan caer en los capilares. Las moléculas son mucho más pequeñas que los glóbulos rojos, por lo que pueden encajar en espacios que no pueden los glóbulos rojos, como en tejidos muy inflamados o vasos sanguíneos anormales alrededor de los 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, lo cual 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 abdominales y calambres que son más probables debido a la liberación de radicales libres, moléculas dañinas que pueden dañar las células. Algunos HBOC pueden causar una decoloración rojiza y temporal de los ojos o enrojecimiento de la piel.

A continuación, aprenda sobre la sangre de PFC y en qué se diferencia de los HBOC.

Sangre de pfc

Sangre artificial a base de PFC hecha por Oxygent

Sangre artificial a base de PFC hecha por Oxygent

A diferencia de los HBOC, los PFC suelen ser blancos y son totalmente 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 20 y 30 por ciento más gas que agua o plasma sanguíneo, y si hay más gas presente, pueden transportar más. Por esta razón, los médicos utilizan principalmente PFC junto con oxígeno suplementario. Sin embargo, el oxígeno adicional puede causar la liberación de radicales libres en el cuerpo de una persona. Los investigadores están estudiando si los PFC pueden funcionar sin el oxígeno adicional.

Los PFC son aceitosos y resbaladizos, por lo que tienen que estar emulsionado, o suspendido en un líquido, para ser utilizado en la sangre.Por lo general, los PFC se mezclan con otras sustancias que se usan con frecuencia en medicamentos intravenosos, como la lecitina o la albúmina. Estos emulsionantes finalmente se descomponen a medida que circulan desde la sangre. El hígado y los riñones los extraen de la sangre y los pulmones exhalan los PFC de la misma forma en que lo harían con el dióxido de carbono. A veces las personas experimentan síntomas parecidos a la gripe a medida que sus cuerpos digieren y exhalan los PFC.

Los PFC, como los HBOC, son extremadamente pequeños y pueden caber en espacios que son inaccesibles para los RBC. Por esta razón, algunos hospitales han estudiado si los PFC pueden tratar lesión cerebral traumática (TBI) Al suministrar oxígeno a través del tejido cerebral inflamado.

Las compañías farmacéuticas están probando PFC y HBOC para su uso en situaciones médicas específicas, pero tienen usos potenciales similares, que incluyen:

  • Restauración del suministro de oxígeno después de la pérdida de sangre por traumatismo, especialmente en situaciones de emergencia y en el campo de batalla
  • Prevención de la necesidad de transfusiones de sangre durante la cirugía.
  • Mantener el flujo de oxígeno al tejido canceroso, lo que puede hacer que la quimioterapia sea más efectiva.
  • Tratamiento de la anemia, que causa una reducción de los glóbulos rojos.
  • Permitir el suministro de oxígeno a tejidos inflamados o áreas del cuerpo afectadas por anemia de células falciformes

La sangre artificial no está exenta de controversia. A continuación, veremos algunos de los problemas relacionados con su uso y su futuro en la medicina.

Controversia De Sangre Artificial

PolyHeme, de Northfield Laboratories, es otro tipo de sangre artificial.

PolyHeme, de Northfield Laboratories, es otro tipo de sangre artificial.

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, en particular 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 murieron con más frecuencia que los que recibieron sangre donada. A veces, las compañías farmacéuticas han tenido problemas para probar que sus portadores de oxígeno son efectivos. Parte de esto se debe a que la sangre artificial es diferente de la sangre real, por lo que puede ser difícil desarrollar métodos precisos para la 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 estudios de sangre artificial. Desde 2004 hasta 2006, Northfield Laboratories comenzó a probar un HBOC llamado PolyHeme en pacientes con traumas. El estudio se llevó a cabo en más de 20 hospitales de los Estados Unidos. Dado que muchos pacientes con traumatismos están inconscientes y no pueden dar su consentimiento para procedimientos médicos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) aprobó la prueba como estudio sin consentimiento. En otras palabras, los médicos podrían dar a los pacientes PolyHeme en lugar de sangre real sin preguntar primero.

Northfield Laboratories celebró reuniones para educar a las personas en las comunidades donde se llevó a cabo el estudio. La compañía también le dio a la gente la oportunidad de usar un brazalete para informar al personal de emergencias que preferían no participar. Sin embargo, los críticos afirmaron que Northfield Laboratories no había hecho lo suficiente para educar al público y acusó a la compañía de violar la ética médica.

Los sustitutos de la sangre se pueden usar como drogas para mejorar el rendimiento, al igual que la sangre humana cuando se usa en el dopaje de sangre. 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 también probablemente 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 lleva la sangre real.

Vea los enlaces en la página siguiente para obtener más información sobre sangre, sangre artificial y temas relacionados.

Células artificiales

Las terapias de oxígeno no son las únicas células artificiales que llegan a los cuerpos humanos. Islotes encapsulados - células pancreáticas encerradas en una membrana sintética - pueden ayudar a tratar la diabetes. Carbón encapsulado Puede eliminar las drogas y los venenos de la sangre de una persona.


Suplemento De Vídeo: 4 formas de hacer SANGRE FALSA.




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