O sangue é uma complexa
mistura contendo glóbulos
vermelhos, glóbulos brancos,
plaquetas e o plasma, com
eletrólitos, albumina, fatores
coagulantes e outras
proteínas. O oxigênio é um
gás que apresenta baixa
solubilidade em água.
No plasma sanguíneo, ele é
solúvel graças a ação de
certas proteínas
(hemoglobinas) encontradas
em alguns eritrócitos. As
hemoglobinas são tetrâmeros
que possuem complexos
heme-Fe, capaz de se
coordenar à molécula de
oxigênio.
Esta ligação entre o
complexo heme e a molécula
de oxigênio é fraca e instável:
depende de uma série de
fatores, como pH,
temperatura e,
principalmente, da pressão
parcial de O2 na qual a
hemoglobina se encontra.
A estrutura da
hemoglobina
permite que ela
se ligue a 4
moléculas de O2
simultaneamente.
Quando o sangue chega aos
alvéolos pulmonares, a
hemoglobina encontra as
condições idéias para a
interação com o O2 (alta pressão
parcial do gás, baixa pressão do
CO2, etc.). Quando, através da
circulação, chega aos tecidos,
encontra uma região onde a
pressão parcial de CO2 é maior
do que a de O2.
Além disso, o excesso de CO2
dissolvido no plasma, nestas
regiões, faz com que o pH seja
ligeiramente menor, o que favorece a
liberação do O2 pela hemoglobina. O
O2 vai para as células e, então, o
CO2 é que interage com a
hemoglobina, que o leva até os
alvéolos pulmonares, onde,
novamente, interage com O2.
Já está em fase final de
testes uma série de
soluções que serão
utilizadas como
substitutos sintéticos para
o sangue. Nenhum deles é,
entretanto, exatamente
eficaz.
Surge um novo desafio
para os químicos: preparar
soluções que, além de
mimetizar o
comportamento do sangue
humano, não tragam
nenhum agravo ao nosso
organismo.
Desde o século XVII, as
transfusões de sangue tem sido
uma tentativa de remediar as
perdas de sangue causadas por
traumas, partos, hemorragias e
cirurgias. Antes da identificação
dos anticorpos isoaglutinantes
(fator Rh), as transfusões
provocaram muitas mortes.
A disponibilidade do sangue
para a transfusão sempre foi
um problema. A dificuldade
era maior ainda durante as
guerras: períodos onde a
pesquisa de químicos em
busca de um substituto
sintético para o sangue
sempre foi intensa.
Os primeiros substitutos
surgiram durante a segunda
guerra mundial: os alemães
utilizavam soluções aquosas de
PVP (polivinilpirrolidona).
O objetivo era apenas o de
manter o volume sanguíneo,
uma vez que esta solução não
era capaz de transportar
oxigênio. Embora mais eficaz
do que o PVP, os efeitos
colaterais incluíam
complicações renais sérias,
que muitas vezes levavam à
morte.
Legand Clark iniciou uma
pesquisa com uma classe de
compostos conhecidos como
perfluorocarbonos. O oxigênio
apresenta uma grande
solubilidade nestes líquidos:
cerca de 500 vezes maior do que
na água. Estes compostos,
entretanto, são bastante
hidrofóbicos (imiscíveis com a
água).
Foi necessário se
desenvolver um sistema
emulsificante, com o auxílio
de surfactantes, para
solubilizar o PFCs em água,
tal como a lecitina extraída de
ovos de galinha.
As emulsões atuais já são a
segunda geração de
substitutos do sangue
baseados em PFCs. Hoje, a
grande maioria dos
substitutos sendo testados
clinicamente baseia-se em
soluções de PFCs ou
derivados de hemoglobina.
Desde a década de
1960 sabia-se que
mamíferos podiam
sobreviver
submersos em
líquidos orgânicos
Um dos mais promissores sistemas
de sangue artificial são os baseados
em fluorocarbonetos: moléculas
formadas de carbono e flúor.
Os perfluorocarbonos são
biologicamente inertes.
Quando administrados na
corrente sanguínea, eles são
capazes de aumentar a
solubilidade do O2 no plasma.
As moléculas dos PFCs são
posteriormente seqüestradas
pelo sistema retículoendotelial, mais precisamente
pelas células de Kupffer, no
fígado, e subseqüentemente
liberadas no plasma, como
um gás dissolvido.
O gás é então exalado, sem
qualquer metabolização,
pelos pulmões. A liberação é
lenta: após uma transfusão, o
paciente pode exalar PFC por
mais de 10 meses!
Mesmo a atual geração de
PFC permanece cerca de 7
dias no fígado, um tempo
bem menor, entretanto, de
que os primeiros substitutos
baseados em PFC. Isto
permite uma eliminação
efetiva, sem nenhum dano ou
disfunção no órgão.
Entretanto - apesar de inertes
- o seqüestro dos PFCs pelo
fígado pode causar sérias
conseqüências. A contagem
de plaquetas diminui: os
PFCs "solvatam" as
plaquetas, que são
seqüestradas, juntamente,
para o fígado.
E, se o volume de sangue na
transfusão for muito grande, as
moléculas de PFC podem saturar e
prejudicar o funcionamento do
fígado, resultando em uma
potencial infecção ou outras
complicações. Atualmente, o
volume seguro de PFC em uma
transfusão é de, no máximo, 1 litro.
A respiração do paciente pós
transfusão deve ser artificial,
com uma mistura de gases
onde a concentração de O2 é
maior do que a atmosférica. A
pressão parcial de O2 deve
ser de, no mínimo, 400 mg!
Um dos produtos já em teste
é o PERFLORAN,
desenvolvido pelo Institui of
Theoretical and Experimental
Biophysics em Pushchino,
Rússia. As principais
características deste produto
são:
- pode ser armazenado em
temperaturas entre -5oC a o
18 C, até por dois anos;
- solubiliza tanto o O2 como o
CO2;
- pode ser administrado com
soluções salinas, albumina,
glucose e antibióticos;
Os principais componentes
são o perfluorodecalina (PFD)
C10F18 and
perfluorometilciclohexilpiperidina (PFMCP)
C12F23N.
Por que não usar a
Hemoglobina?
Embora tenha sido uma das
primeiras e infrutíferas
alternativas, mesmo hoje a
hemoglobina tem sido alvo de
pesquisa para a sua utilização
como substituto do sangue.
Em todos os casos se obtém
uma "hemoglobina"
extremamente tóxica para
nosso organismo.
Hemoglobina é um tetrâmero
protéico, que é encontrada no
sangue encapsulada em um
eritrócito (uma célula
sanguínea), conhecido como
"glóbulo vermelho". Fora destas
células, a molécula rapidamente
se dissocia em dímeros,
compostos de uma unidade alfa
e outra beta.
Além de perder a
funcionalidade, esta
hemoglobina é filtrada pelos
rins e, ao interagir com as
paredes celulares dos
glomérulos renais, causa uma
rápida necrose tubular e
conseqüente colapso da
função renal.
Uma outra técnica é a
modificação genética da
hemoglobina. Com o auxílio
da bactéria E. Coli, pode-se
produzir grandes quantidades
de uma hemoglobina
geneticamente alterada,
contendo uma mutação
proposital:
A adição de alguns amino
ácidos à seqüência, que
permitem a ligação covalente
entre as duas subunidades
alfa, impedindo a dissociação
do tetrâmero. Vários
substitutos baseados nesta
técnica já estão em fase de
testes clínicos.
Outros grupos tentam utilizar
a hemoglobina bovina,
polimerizada. Uma vantagem
é fonte barata e abundante de
sangue bovino. A
desvantagem é o delicado
processo de
descontaminação das
amostras, evitando o
contágio por zoonoses.
Na terceira geração de
substitutos do sangue
baseados em hemoglobina, a
idéia é se encapsular a
proteína, tal como nos
glóbulos vermelhos.
A primeira encapsulação
artificial de todos os
componentes das células
vermelhas, incluindo a
hemoglobina e enzimas, foi
feita em 1957, por Chang.
Ele continuou o trabalho,
utilizando vários materiais
como membrana artificial:
proteínas, bicamadas de
fosfolipídeos complexadas
com polímeros, membranas
poliméricas, e outros.