解决全球血液短缺的新模式

【字体: 时间:2021年10月20日 来源:Stanford University

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  人体相互作用的生理和生化过程的数学模型表明,用需求量小得多的其他液体替代红细胞输血可能更有效。

  

一种新的人体相互作用的生理和生化过程的数学模型——包括血管扩张、血液增厚和血流速率变化对输血红细胞的反应——表明,贫血或血液含氧量低的患者,可以通过输血更容易获得的血液替代品进行有效治疗。

这项研究由斯坦福大学和加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的科学家共同撰写,发表在10月14日的《应用生理学杂志》上。

使用不同的液体也可以消除输血的有害后果:据观察,由于其不良副作用,每十年输血一次会使寿命降低6%。

该研究的主要作者、斯坦福大学地球、能源与环境科学学院能源工程专业博士生李伟宇(音译)表示:“我们可以使用一种替代血液,来降低成本,消除输血的负面影响。”

输血是将血液成分直接输送到贫血患者血液循环的一种常见程序。红细胞具有独特的携带氧气的功能,这就是为贫血患者输血的原因。但是,为每个病人获取、储存和运送正确的卫生血型的过程也很密集,成本很高。此外,现有的血液供应远远不能满足需求:所有没有足够供应的国家每年的全球血液供应缺口约为1亿单位。

该研究的高级作者、斯坦福地球大学(Stanford Earth)能源工程教授丹尼尔·塔尔塔科夫斯基(Daniel Tartakovsky)说:“你可以用更少的资源提供更多的东西,在这种情况下,氧气——这实际上是可持续发展的基本理念。”“这都是关于如何用更少的钱做更多的事。”

输血红细胞是为了提高输送对器官和组织功能至关重要的氧气的可能性。然而,研究表明,这一过程也会使血液变稠,粘度增加可能会带来问题。新的模型显示,在输血过程中,一些病人的血管没有扩张,而且由于他们的血液被额外的红细胞增厚,血液变得更粘稠,也不容易循环输送氧气。根据该模型,对于这些患者,无论贫血状态如何,使用2单位输血(目前最常用的输血量)治疗贫血都会减少血流量。

然而,对许多人来说,输血会导致血管扩张,从而增加血液循环,向身体输送更多的氧气。这些发现揭示了输血时血管扩张的贫血患者的优势。该模型表明,要么不输血,要么输血替代液体,即血浆扩张器,可以促进血管扩张,可能是一种更有效的增加氧气输送的方法。血浆膨胀器由大分子淀粉溶解在生理盐水中组成;它们已经在输血医学中使用了几十年,并在实验研究中被证明是有效的。

“目前,输血是通过解决错误的目标来确定的,即恢复携氧能力,”合著者Marcos Intaglietta说,他是UCSD生物工程学科的教授和创始人。“但输血的逻辑目标是恢复氧气输送能力。”

对该小组结果的预测显示,安全、低成本的血液替代品可以将输血的总成本降低10倍,同时显著降低该过程的负面影响。他们的人体循环过程模型来源于先前发表的关于哺乳动物对输血反应的实验。

塔尔塔科夫斯基说:“我们的数学模型确定了自然生理过程,解释了多项观察研究的结论:人们可以在不使用血液的情况下获得输血的好处。”“但建模本身并没有什么效果——它必须以观察、调查研究和经验为基础。”

合著者希望他们的发现将引导临床试验,测试非血液替代品增加氧气输送的能力。该研究的作者表示,迄今为止,严格的医学试验尚未得出一致的结果,支持少量血液比仅仅添加人体血浆更有效的观点。

“这是第一个考虑所有这些影响的模型,”李说。“我希望人们有机会看到我们的结果,并决定是否可以用来治疗患者。”

Journal Reference:

  1. Weiyu Li, Amy G. Tsai, Marcos Intaglietta, Daniel M. Tartakovsky. A model of anemic tissue perfusion after blood transfusion shows critical role of endothelial response to shear stress stimuli. Journal of Applied Physiology, 2021; DOI: 10.1152/japplphysiol.00524.2021

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