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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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“白色血液”创奇迹

2015-04-30 09:46:14

    在电视屏幕上,大家都曾看到过这样的感人一幕:一位见义勇为的平民英雄在与歹徒搏斗时身负重伤而休克,被送往医院ICU(重症监护室)抢救,群众纷纷献血,伤者终于转危为安。这充满戏剧性又完全真实的“生死切换”是怎样实现的呢?这就要从人体的生命活动,特别是血液的功能说起了……

 

“白色血液”创奇迹

█ 王震元

 

红细胞生命闪光 小田鼠“复活”

    感悟在人体的血液中有一种红细胞,俗称红血球,它是血细胞中数量最多的一种。从个头儿来说,它排行第二,仅小于白细胞,直径通常为69 微米。如果把10 多个红细胞排列起来也只有一根头发丝那么粗,但它的数量却多得惊人,在1 立方毫米(即大头针那么大)的血液里就有400500 万个,一个成人全身的血液中约有25 万亿个红细胞。当然,仅凭肉眼是看不见红细胞的。红细胞就像一个圆圆扁扁的小烧饼,两面都向内凹,无核。红细胞的主要成分是血红蛋白,它容易和氧结合或分离,因而具有运输氧气的功能。每个红细胞好似一艘小船,“船舱”里装着血红蛋白。当血液流过肺部组织时,肺里的氧气也被装进“船舱”里,氧分子与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白。当血液流经其他组织时,红细胞就把结合的氧从“船舱”里卸下来,供全身各处细胞组织氧化之用。此外,红细胞还可带走细胞在新陈代谢过程中不断产生的废气——二氧化碳。换句话说,细胞组织就是靠红细胞中的血红蛋白供给的氧气维持生命的。因而,当人体由于种种原因,失血量超过体重的30%时,就会有生命危险。而输入伤(病)员体内的血液,必须来自血型相配的健康献血者。血型配对需要花费一定的时间。但当发生严重自然灾害、突发事故和战争,短时间出现大批伤(病)员时,就会导致供不应求的“血荒”。于是,科学家就萌生了研制血液代用品(即“人造血液”)的构想。

    血液代用品最早的探索始于二战结束后的1946年,科学家德克模拟血红蛋白的结构,合成了一种钴组氨酸络合物。1965 年,又有两位科学家合成了两种血红素的衍生物。由于它们的化学性质极不稳定,输氧能力又很低,因而都以失败告终。这项研究看似真的到了“山穷水尽疑无路”的地步了……

    1966 年的一天,在美国辛辛那提大学的一间实验室里,一只实验用的田鼠从笼子里逃了出来,在仓皇逃窜过程中,不小心跌入一只装有代号为FX80 液的容器中。由于容器高且器壁光滑,田鼠虽多次蹦跳,仍无法脱身,结果咕噜咕噜地喝了几大口溶液后,终于沉入了容器底部。几个小时之后,主持这项研究工作的利兰·克拉克教授偶然发现这只看似已“溺亡”的田鼠,就把它捞出来,并排空了其呼吸道及胃中的溶液。一会儿,这个小家伙竟奇迹般地逐渐苏醒了过来。克拉克再把几只大白鼠故意丢进溶液里,2 小时后捞上来,它们也都奇迹般地存活了。可见这绝非偶然现象。克拉克进一步分析后发现,原来这种溶液溶解氧的能力竟是水的15 倍,输送氧的能力也比血红蛋白强得多。“柳暗花明又一村”,克拉克瞬间产生了灵感:这种溶液不正是很好的人体血液代用品吗?但解决问题真的这样简单吗?

 

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谒先驱重洋远涉济苍生“天使”献身

    1967 年,美国宾夕法尼亚大学的斯拉维特教授,尝试着用克拉克发明的这种分子式为C8H16O 的溶液,注射进一只大白鼠的静脉,几个星期后大白鼠却死了。原来这种氟碳化合物的颗粒太大,不容易从体内排出而导致大白鼠慢性中毒。1968 年,美国哈佛大学的盖耶教授又改用全氟三丁胺和聚氯乙烯、聚氯丙烯的共聚物,制成颗粒比较小的乳状液,置换了另一只大白鼠的全部血液。但它存活的时间更短,只有几个小时。原来这种小颗粒的乳状液虽然可以通过尿道和汗腺排出,但却在大白鼠的微血管内聚集成簇,堵塞了血管。

    为此,国际医学界的有关人士达成共识,如果要用这种氟碳化合物置换人体血液,必须满足两个条件:首先,该化合物进入人体后,在完成输氧功能前必须长时间停留在血液中,任务完成后又要迅速“撤离”;其次,该化合物在贯流心、脑、肝、肺、肾等重要器官以及末梢组织后,不能产生功能障碍或病变,更不允许致癌和致畸。

    就在美国科学家作进一步研究的同时,正在欧洲旅行的日本大阪绿十字制药公司经理内藤良一医生,千里迢迢地赶到美国拜访克拉克。克拉克这位“人造血液”的先驱者坦言,尽管改用了另一种颗粒较小的氟碳化合物——全氟萘烷,注射入动物体内后粒子会发生膨胀,仍旧有一定副作用。内藤良一回国,立即与神户大学外科医生光野孝雄合作,经过几百次试验筛选,终于在1978 年制成了一种将全氟萘烷和全氟三丙胺按73 混合的乳剂,它后被定名为“氟溶胶乳剂DA”。这是一种像牛奶那样的乳白色悬浮溶液,“白色血液”的名称也由此而来。这种颗粒小于0.1 微米的悬浮溶液不仅可以从尿道、汗腺排泄,而且还能通过肺泡携带二氧化碳一起呼出体外。用这种乳剂给大白鼠、家兔、狗和猴等实验动物换血后,效果良好。64 小时内,大部分乳剂被动物排出,4 周后基本排净,8 周后几乎没有残存,此时动物们已经新生了自己的血液。它们都活得很健康,没有异常迹象。

    但是,动物实验终究无法替代人体实验,这种乳剂如果用在人体上又会怎样呢?此时,无愧于“白衣天使”称号的内藤医生以大无畏的献身精神,要求在他身上实验。实验人员首先为他注射50 毫升,又注射了50 毫升……直至增加到一次注射200 毫升,仍安全无恙。另有10 名志愿者也进行了相同的临床试验,同样无异常反应。后经他们进一步测定表明,这种“人造血液”进入人体后绝大部分在64 小时内就由皮肤和呼吸道排出,留存在肝脾内的少量残余,经过65 天就可彻底清除,对受血者的肝、脾、肾、肺和心肌等重要器官、组织均无不良影响。于是,1979 2 月,日本医学界正式宣告:“人造血液”研制成功!那么,谁将是第一位受益者呢?

 

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人造血液

 

守教规生死抉择 迈新步征途漫漫

    1979 4 月,日本福岛医科大学的医生在给一名病人做了前列腺手术后,病人出现了胃部大出血的并发症,但给病人输入1000 毫升“人造血液”后,却收到了良好效果。同年5 月,这所大学的外科医生利用“人造血液”,又给两名患者进行了单肾移植手术。手术前,医生先从一位死者体内取出一对健康的肾脏,放到特制的贮存装置中,并用大量“人造血液”输入肾血管。由于获得了充分的氧气供应,这对离体肾的存活时间由一般情况下的30 分钟延长到了6 小时,为下一步的肾脏移植赢得了更多的宝贵时间。在分别接受肾脏移植手术后,两位患者都未产生任何不良反应。这两次手术由于时间相距很近,因而统一被认为是世界上第一次将“人造血液”应用于临床,并获得成功的案例。

    1979 11 月,美国明尼苏达州大学附属医院收治了一位67 岁、名叫朱克逊的老年患者,他因术后严重贫血而生命垂危。但病人是一位“耶和华见证人会”的虔诚教徒,按照教规,是严禁输入人血的。因而“, 人造血液”对这位特殊病人的康复,是有效且唯一的选择。

    1980 年,中国科学院上海有机化学研究所与第三军医大学合作,经过5 年的辛勤努力,也制成了“人造血液”。同年6 19 日,当时的上海第一医学院附属中山医院首次为一位肾功能衰竭患者输入250 毫升“人造血液”,并获得成功。接着,该院又分别用“人造血液”为一位肾结石患者与一位结核性脓肾女患者作为手术用血,同样获得满意的效果。

    与人体血液相比,“人造血液”不仅通用性强,不受患者血型的限制,而且“寿命”长。人体血液必须置于46的冰箱内,保存时间不能超过2 年。但“人造血液”由于化学性质稳定,不仅毋需冷藏,而且可保存长达数年之久。此外,“人造血液”的分子小于红细胞,因而用于抢救毛细血管已收缩的休克病人,比使用人体血液的效果更好。“人造血液”由现代化工厂大批量生产,经过严格的消毒无菌处理,既可保证充分供应,又不会产生因输入人体血液而可能导致的“交叉感染”问题。

    但是,事物总是“一分为二”的,目前的“人造血液”还存在诸多不足之处。首先,“人造血液”输入人体后,一般只能维持4872 小时,平均60 小时后,就通过呼吸和尿液排出体外;其次,“人造血液”只是部分代替了红细胞输送氧气,排出二氧化碳的作用,而不具备运送营养物质,维持体内酸碱和电解质平衡,以及凝血、免疫等正常生理功能。

    因而,进入新世纪后,已经有10 多个国家的医学研究者和生物化学家紧密合作,为研究新一代具有完整人体血液生理功能的“人造血液”费尽心血。但征途漫漫,在这场特殊的“马拉松赛”中,究竟谁能“独领风骚”,人们将拭目以待。

 

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名词卡片

    络合物分子或者离子与金属离子结合,形成很稳定的新离子的过程称为络合反应,生成的物质叫做络合物。

    衍生物一种简单化合物中的氢原子或原子团被其他原子或原子团取代而衍生的较复杂的产物。

    共聚物由两种或两种以上单体共同参加的聚合反应,称为共聚合,所形成的聚合物含有两种或两种以上单体单元,这类聚合物叫做共聚物,又称为共聚体。

    交叉感染天然宿主的病原体感染或传递给非天然宿主的现象。

 

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