摘要:介紹了全氟碳化合物的特殊理化性質(zhì)，基于全氟碳化合物的血液代用品的研究現(xiàn)狀，以及全氟碳乳劑產(chǎn)品的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞:全氟碳化合物;血液代用品;全氟碳乳劑

文章編號(hào):1005-6629(2010)05-0053-04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1人造血液——人類的夢(mèng)想

人體的血液是維持生命的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，它主要由血漿、血細(xì)胞和血小板組成。血液起著載氧、運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的功能，其中最為重要的是運(yùn)送氧氣和二氧化碳的功能。1901年卡爾·蘭斯泰納(Karl landsteiner)發(fā)現(xiàn)了人類血型抗原，并把人類血液分為A、B、O和AB型，從而開創(chuàng)了現(xiàn)代輸血的新紀(jì)元，如今輸血已成為安全的常規(guī)程序。然而，當(dāng)前全球性的醫(yī)用血源緊張已成為各國醫(yī)療機(jī)構(gòu)面臨的難題。

為了延長有效期以及減少被污染的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)采集的血液儲(chǔ)存要求十分嚴(yán)格，這就使戰(zhàn)爭(zhēng)和災(zāi)害時(shí)血液供應(yīng)很難保證。在輸血前要求血型鑒定和交叉配伍等程序，也限制了在戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)害、空難事故等緊急情況下輸血救治(遠(yuǎn)程救護(hù))的效率。此外，通過輸血還有感染乙型、丙型肝炎以及愛滋病等傳染性疾病的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，研制人造血液對(duì)緩和血源緊張和避免通過輸血傳染疾病有著重要意義，實(shí)現(xiàn)人造血液也是人類渴望已久的夢(mèng)想。

目前尚不能制備具有“全血”功能的代用品，但具有一定功能的血液成分替代品如紅細(xì)胞代用品、血小板代用品和血漿代用品已有問世或已取得重大進(jìn)展。在大量失血的情況下，最為關(guān)鍵的是維持血液運(yùn)送氧氣的功能。一般所說的血液代用品其實(shí)是指具有攜氧能力的紅細(xì)胞代用品，目前分為兩類[1-2]:基于全氟碳化合物的攜氧劑和基于血紅蛋白的攜氧劑。本文僅介紹全氟碳血液代用品。

2全氟碳化合物的理化性質(zhì)

全氟碳化合物(Perfluorocarbon，PFC)是直鏈或環(huán)狀碳?xì)浠衔锏姆〈铩?碳?xì)浠衔镏锌捎梅鷼?、三氟化?CoF3)或無水氫氟酸等氟化劑使氫原子被氟取代，使用F2進(jìn)行氟化通常劇烈放熱，若使用CoF3，由于其晶格能高，氟化反應(yīng)的放熱要小得多，反應(yīng)體系通常需要加熱[3]:

再如，全氟三丙胺的合成可由三丙胺經(jīng)電化學(xué)氟化制得[4]:

(C3H7)3N+21HF→(C3F7)3N+21H2

氟是所有元素中電負(fù)性最強(qiáng)的元素，原子半徑小，電子云密度大，形成的C-F鍵要比C-H鍵強(qiáng)得多。由于氟原子比氫原子大，全氟烷體積要比對(duì)應(yīng)的氫烷大。氟原子取代氫原子后，PFC具有了許多獨(dú)特的性質(zhì):密度高，比重約為水的2倍;分子間作用力弱，表現(xiàn)出高蒸氣壓、低表面張力、低黏度和高流動(dòng)性;難溶于水，有一些能部分溶于脂肪;無色無毒，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)和生物學(xué)惰性，生物相容性好;對(duì)射線具有不透過性。全氟碳化合物的這些特殊性質(zhì)是其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的基礎(chǔ)[5]。

PFC在常溫常壓下能溶解大量非極性氣體，氣體溶解度按CO2>O2>CO>N2的順序減小，與溶質(zhì)分子體積減小對(duì)應(yīng)。在100 mL PFC中O2的溶解度約為45 mL，而CO2的溶解度大于200 mL[6]。 線型PFC如1-溴全氟辛烷(C8F17Br，更為人們所熟悉的名字是潘氟隆，如圖1b所示)，比環(huán)狀分子如全氟萘烷(C10F18，圖1a所示)更易溶解O2。在相同條件下，O2在PFC液體中的溶解度大約是水或血漿中的20～25倍。與血紅蛋白結(jié)合O2不同，O2只是被動(dòng)地溶解于PFC中，占據(jù)PFC液體分子之間的空隙，并不與PFC分子結(jié)合。因此O2在PFC以及其乳狀液中的溶解度與氧分壓成線性關(guān)系，近似符合享利定律[6，7](如圖2所示)。

3全氟碳血液代用品

1966年Clark和Gollan通過實(shí)驗(yàn)證明自主呼吸的小鼠在常壓下可以淹沒于PFC液體中存活，從而開創(chuàng)了全氟碳化合物作為呼吸氣體載體的生物醫(yī)學(xué)研究。

PFC優(yōu)異的攜氧能力為人們探索人造血液帶來了希望。但PFC不能與水溶液體系相混溶(包括血液和其他體液)，因此需使用表面活性劑制成乳狀液。醫(yī)用全氟碳是一種超細(xì)乳狀液，平均直徑為0.1～0.2μm的PFC微小液滴分散于水相中，可用于血管注射。這種白色“血液”注入人體后，具有良好的載氧能力和排出二氧化碳的能力，使用時(shí)無需考慮血型問題，因此可作為紅細(xì)胞代用品。在靜脈注入之后，PFC乳液微小液滴迅速被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)攝取。為防止RES負(fù)荷過重以及隨后出現(xiàn)免疫抑制，臨床應(yīng)用時(shí)PFC被限制為低劑量，如質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為60 % PFC的Oxygent，按體重計(jì)最大使用劑量為2.7 g·kg-1[6]。PFC在人體內(nèi)沒有反應(yīng)活性，主要通過肺呼出，具有良好的安全性和生物相容性。

PFC的氧氣動(dòng)力學(xué)特征是動(dòng)脈的氧分壓與氧含量成線性關(guān)系，要使PFC輸氧量最大化，需要有高的動(dòng)脈氧分壓。因此，使用PFC乳劑時(shí)一般需讓病人處于高壓氧條件下。氧氣從PFC釋放到組織也是在血液和組織之間存在高的氧分壓梯度時(shí)完成的。在給定氧分壓梯度為560 mmHg時(shí)(血液600 mmHg，組織40 mmHg)，100克含有60 %的PFC乳液可釋放15 mL的氧氣。而釋放等量的氧氣，需要450 mL的全血才能提供[6]。

4全氟碳乳劑產(chǎn)品

4.1第一代產(chǎn)品

Fluosol-DA是第一代商品化可注射PFC乳劑的代表性產(chǎn)品，由日本Green Cross公司首先開發(fā)成功。其組成為14 %全氟萘烷，6 %全氟三丙胺，添加了表面活性劑，蛋黃磷脂和油酸鉀等。1989～1990年，F(xiàn)luosol在美國和歐洲被批準(zhǔn)作為O2載體用于經(jīng)皮穿刺冠脈球囊成形術(shù)。由于Fluosol乳狀液在室溫下不夠穩(wěn)定(需冷凍保存)，攜氧效率相對(duì)較差，以及由配方中合成表面活性劑引起的多種副作用等諸多問題，導(dǎo)致其最終于1994年停產(chǎn)[8]。Green Cross公司還曾開發(fā)產(chǎn)品Oxypherol，含有20 %全氟三丁胺[(C4F9)3N]，但因其核心的PFC在體內(nèi)半衰期長(超過500天)而未用于臨床。

第一代PFC乳劑還有俄羅斯的Perftoran和我國的一號(hào)、二號(hào)全氟碳乳劑。與Fluosol一樣，Perftoran的組成為14 %全氟萘烷，但以6 %全氟甲基哌啶(C12F23N)取代了全氟三丙胺。我國的二號(hào)全氟碳乳劑也是基于全氟萘烷，其含量提高至20 %。Perftoran在俄羅斯使用人數(shù)超過2000名病人[2]，在我國則有超過340個(gè)病人使用了二號(hào)全氟碳乳劑。

4.2第二代產(chǎn)品

第二代注射用PFC乳劑的研究，重點(diǎn)關(guān)注如何提高攜氧能力和降低毒性。研究目標(biāo)一是尋找適合體內(nèi)使用的新型PFC高純化合物，要求具有很好的生物相容性和體內(nèi)消除性能;二是通過使用全氟化的穩(wěn)定劑和更合適的表面活性劑提高乳劑的穩(wěn)定性，延長貯存期;三是提高乳液中PFC含量以提高其載氧能力，并避免黏度增大。

現(xiàn)階段作為可注射PFC乳劑主要成分研究最多的是潘氟隆和全氟萘烷，這兩種PFC都能制造出高純產(chǎn)品，體內(nèi)組織保留時(shí)間較短，親脂性強(qiáng)，易消除，生物相容性好。潘氟隆是迄今應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的所有PFC中呼吸氣體溶解度最大的，同時(shí)也是優(yōu)良的造影劑。潘氟隆端基碳上結(jié)合了一個(gè)溴原子，使其具有很高的親油性，容易制成乳劑，也易于從體內(nèi)排除，其在體內(nèi)保留半衰期大約為4天。全氟萘烷雖然乳化性能相對(duì)較差，因?yàn)槠淇杀唤邮艿慕M織保留時(shí)間，也作為第二代可注射PFC乳劑的基本成分。100 mL全氟萘烷大約可溶解40 mL O2和140 mL CO2，體內(nèi)半衰期大約為7天。

乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，當(dāng)PFC分子從小的液滴穿過連續(xù)相擴(kuò)散到較大的液滴，將使液滴逐漸增大。通過加入少量的全氟高沸點(diǎn)油(HBPO)添加劑，可使乳劑更穩(wěn)定。如Fluosol中添加的全氟三丙胺，在Perftoran中使用的全氟甲基哌啶都是HBPO?；诖伺朔』蛉镣榈牡诙閯┒际褂昧松倭康腍BPO以使乳劑穩(wěn)定[8]。

第二代氟碳化合物血液代用品為納米乳劑，代表產(chǎn)品有美國Alliance公司的Oxygent、Hemagen公司的Oxyfluor和Sanguine公司的PHER-O2等。目前Oxygent(AF0144)的配方中含有58 %潘氟隆和2 % 1-溴全氟癸烷(C10F21Br)。在5-10 ℃條件下，Oxygent貯存期超過1年。2002年在歐洲結(jié)束的一項(xiàng)III期實(shí)驗(yàn)顯示，Oxygent能有效減少病人手術(shù)過程中的輸血需求，然而在美國的另一項(xiàng)III期實(shí)驗(yàn)卻因Oxygent明顯增加了病人中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)而于2001年終止[6]。美國Hemagen公司發(fā)展的Oxyfluor含有76 %線性化合物——全氟-1，8-二氯辛烷(C8F16Cl2， 如圖3所示)，乳劑液滴直徑約為0.22～0.25 μm，作為注射攜氧劑已進(jìn)行臨床前研究。歐洲的一個(gè)課題組開發(fā)了商品名為Fluxon的全氟萘烷乳劑，PFC的含量為20 %～40 %，室溫下超過300天液滴大小不變，在人體內(nèi)半衰期為55天。

5PFC血液代用品的安全性

全氟碳血液代用品與人源紅細(xì)胞相比，克服了很多缺陷和不足。其主要優(yōu)點(diǎn)有:可直接化學(xué)合成、價(jià)格低廉;存儲(chǔ)條件不高，可以長期保存不易變質(zhì);不受來源影響、免于交叉感染;適用于任何血型，真正做到“一血通用”;也適用于因?yàn)樽诮淘虿辉篙斎搜牟∪恕?/p>

PFC血液代用品安全性是人們非常關(guān)注的問題。輸入PFC產(chǎn)品會(huì)引起短暫的流感樣癥狀，如寒戰(zhàn)、發(fā)熱、頭痛、惡心和肌痛等。這類副作用與PFC乳劑的微粒大小密切相關(guān)，血液中的PFC微粒被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞吞噬，伴隨前列腺素和其他具有致熱活性的細(xì)胞活素釋放，導(dǎo)致流感樣綜合癥發(fā)生。使用PFC三天后，會(huì)出現(xiàn)血小板數(shù)量的輕微減少。這可能是因?yàn)檠“灞砻姹籔FC乳劑改變而引起血小板的過度清除。因此，當(dāng)前的PFC產(chǎn)品不適用于血小板減少癥患者。注射PFC常伴隨著肝重的一過性增加，在一些情況下，還伴隨短暫的細(xì)胞酶變化，特別是細(xì)胞色素酶P-450。這種反應(yīng)的耐受和程度高度依賴于所注射的PFC類型和劑量。雖然人們希望PFC進(jìn)入人體后要易于消除，但體內(nèi)存留時(shí)間過短也影響了PFC產(chǎn)品發(fā)揮其作用。此外，使用時(shí)需要高壓氧條件可能導(dǎo)致使用患者中毒。

由于人們對(duì)PFC血液代用品安全性的擔(dān)憂，導(dǎo)致近年來多項(xiàng)臨床研究被終止。我們期待，經(jīng)過科學(xué)家們不懈的努力，基于PFC的人造血液在將來能更好地造福于人類社會(huì)!

參考文獻(xiàn):

[1]Mohammed S. Inayat， Andrew C. Bernard，Vincent S.Gallicchio， Beth A. Garvy， Howard L. Elford， Oliver R. Oakley. Oxygen carriers: A selected review[J]. Transfusion and Apheresis Science， 2006，(34):25～32.

[2]Hae Won Kim， A. Gerson Greenburg. Artificial oxygen carriers as red blood cell substitutes: a selected review and current status[J]. Artificial Organs， 2004，28(9):813～828.

[3]Sandford G. Perfluoroalkanes[J].Tetrahedron， 2003，(59):437～454.

[4]汪豐云. 血液化學(xué)[J].化學(xué)教育，2006，(5):10～13.

[5]牟麗萍，王楊.全氟碳化合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展[J].黑龍江醫(yī)藥，2003，16(6):520～521.

[6]Andreas Pape，Oliver Habler. Alternatives to allogeneic blood transfusions[J].Best Practice Research Chlinical Anaesthesiology， 2007，21(2):221～239.

[7]Jerry E. Squire. Artificial Blood[J].Science， 2002，(295):1002～1005.

[8]Kennith C. Lowe.Fluorinated blood substitutes and oxygen carriers[J].Journal of Fluorine Chemistry， 2001，(109):59～65.