Введение
Спрос на кровь и ее компоненты в мировой медицине непрерывно возрастает по мере старения населения, разработки новых агрессивных методов лечения и увеличения числа пациентов, подвергающихся плановым хирургическим вмешательствам. Потребность в препаратах крови особенно высока у пострадавших от техногенных катастроф, на поле боя в ходе военных конфликтов и гражданского населения в местах массовых травм. В то время как объем сбора донорской крови сокращается, стоимость ее тестирования и хранения растет. Переливание крови никогда не было таким безопасным, как сегодня, однако всегда будет сопряжено с определенным уровнем риска. Высокая стоимость скрининга запасов крови на вирусные инфекции делает его малодоступным для бедных стран. Кроме того, особо актуальна нехватка запасов аллогенной крови и проблема невозможности использования аутологичной крови в ряде ситуаций. Таким образом, существует необходимость создания надежного, безопасного и универсального заменителя крови — «искусственной крови» из синтетических химических соединений. Представлялась достижимой возможность защиты больных и раненых от опасности переноса инфекций и от реакций отторжения биологически несовместимой чужеродной ткани и врачей от проблем определения и учета иммунологической совместимости. Конечная цель таких изысканий в конце ХХ века получила название «святого Грааля современных биотехнологий».
Были сформулированы требования к идеальному кровезаменителю, согласно которым он должен обладать совершенной газотранспортной функцией, не нуждаться в тестированиях на индивидуальную совместимость, редко вызывать побочные эффекты; обладать длительным сроком хранения, стойко сохранять свои свойства в кровеносном русле и иметь приемлемую стоимость [1].
Поиск новых, вместо крови, переносчиков кислорода продолжается уже более 55 лет. Неудач в этой области было много. Однако каждая из них стимулировала новые исследования, своеобразную гонку за первенство ведущих научных медицинских центров по созданию принципиально нового кровезаменителя, обещавшую победителю необозримый маркетинговый доступ. Вновь созданные кровезаменители так и не смогли стать полноценной заменой крови из-за многообразия ее функций и способны обеспечить лишь временное увеличение доставки кислорода в органы и ткани, а также снизить потребность в препаратах крови. Поэтому проводимые ранее работы в конечном итоге были сосредоточены только на воссоздании одной терапевтической функции крови — газотранспортной.
В достижении этой цели лучшие результаты показали пегилированные гемоглобины и кровезаменители на основе перфторуглеродов (ПФУ).
Наиболее значительные исследования в области применения ПФУ в трансфузиологии достигнуты в Японии, США и России. Каждый предложенный продукт был уникален и обладал своим собственным набором химических, физических и биологических характеристик, преимуществ и побочных эффектов. Самый известный и эффективный российский препарат — «Перфторан» — использовали в гражданской медицине и в российских Вооруженных силах у более чем 35 тыс. пациентов, он продемонстрировал очевидные доказательства пользы, а также незначительные и поддающиеся контролю побочные эффекты [2].
Хотя история (медицины в том числе) хорошо помнит отдельные пионерские достижения, к сожалению, изложение общей картины событий часто сопряжено с утратой важных предшествующих фактов, послуживших причиной или фоном для последующих достижений. Мы считаем нужным воссоздать «время первых» — всю цепь событий, не пропуская важных звеньев, реперных точек, поскольку некоторые события, имена и открытия незаслуженно выпали из историографии создания и применения ПФУ и, в частности, перфторана.
ПФУ отсутствуют в природе. Первый зарегистрированный фторуглерод — CF4 — был выделен во время получения бериллия электролизом фторида бериллия во фтористой щелочи в 1926 г. Первые партии ПФУ массой в несколько килограмм с более высокой молекулярной массой были получены американским химиком Д. Саймонсом в 1937 г. с использованием процесса электрохимического фторирования. Затем работы продолжились в 1942 г. в рамках Манхэттенского проекта (США) во время Второй мировой войны при создании ядерного оружия. Со временем стало ясно, что класс ПФУ-соединений практически также бесконечен, как и группы многих других органических веществ.
В 1962 г. вышла статья «Мышь как рыба» [3], в которой описан опыт сохранения жизни мыши в физиологическом растворе, который насыщали кислородом под повышенным давлением. Эта работа стала указующей для последующих исследований жидкостного дыхания и поиска новых вариантов транспорта кислорода.
Двумя важнейшими особенностями, лежащими в основе потенциального применения ПФУ в медицине, являются их химическая инертность и высокая способность растворять газы. Именно ПФУ могут растворять до 50 объемных процентов кислорода и в 4 раза больше углекислого газа. В 1966 г. Кларк и Голлан впервые использовали ПФУ в качестве переносчиков кислорода у крыс, которые выживали при погружении в насыщенный кислородом раствор ПФУ в течение 10 мин [4]. Те же авторы впервые сообщили, что изолированные сердца крыс продолжали эффективно сокращаться при попеременной перфузии насыщенной кислородом жидкостью ПФУ и разбавленной кровью [5]. В 1967 г. Словитер и Камимото впервые выполнили внутрисосудистую инфузию препарата физиологически скорректированной эмульсии ПФУ в эксперименте, что сделало возможным поддерживать спонтанную электрическую активность и метаболические функции изолированного мозга крысы [6]. В 1968 г. Гейер и соавт. опубликовали результаты первого опыта по замене крови, в котором эмульсия ПФУ взяла на себя функцию переноса O2 у живых крыс [7]. Эти работы стали краеугольными в трансфузиологии и неотложной клинической медицине, поскольку в значительной степени связали направление научных исследований с использованием ПФУ.
Уже в 1970 г. прошел первый международный симпозиум на тему «Инертные органические жидкости для биологического переноса кислорода». Это послужило очевидным признанием растущего интереса к получению заявленного результата. К тому времени улучшенные эмульсии с меньшим размером частиц ПФУ, дополненные сывороткой крови, позволили крысам выживать после замены эритроцитов более чем на 90%.
В СССР первые эмульсии ПФУ начали разрабатывать в конце 60-х — начале 70-х гг. в Ленинградском НИИ гематологии и переливания крови под руководством сначала З.А. Чаплыгиной, а затем Л.А. Седовой. В 1975 г. в НИИ сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева проф. Ф.Ф. Белоярцев впервые в СССР выполнил работы по длительной внелегочной оксигенации с использованием фторуглеродных оксигенаторов и по замене газовой среды в легких на жидкий перфторуглерод (так называемая жидкостная вентиляция легких).
В 1975 г. научная группа Р. Наито из Японии опубликовала идею создания кровезаменителя из бинарной смеси (ПФУ и его эмульгатор), в которых достоинства такого состава суммируются, а недостатки двух разных компонентов взаимно нивелируются в препарате «Флюозол-ДА». К клиническому использованию препаратов на основе ПФУ эмульсий относились с осторожностью, поэтому один из создателей «Флюозол-ДА 20%», профессор R. Naito, сначала первым испытал его на себе в 1977 г., затем на 20 добровольцах и только потом перешел к клиническим испытаниям в 1978 г. Первым пациентом был больной с желудочно-кишечным кровотечением и геморрагическим шоком [8].
События 1979 г. отражают разные этапы работы над новыми лекарственными препаратами в разных странах и степень их готовности к клиническому применению. Так, 26 июня 1979 г. в ИБФ АН СССР Ф.Ф. Белоярцев с успехом ввел собаке внутривенно около литра экспериментальной эмульсии ПФУ для замещения массивной кровопотери (около 70—80%). Двадцатого ноября 1979 г. впервые в США 67-летнему пациенту, принадлежащему к секте Свидетелей Иеговы, с успехом внутривенно ввели около 2,84 л японской «искусственной крови» — «Флюозол-ДА» — для лечения геморрагического шока после сосудистой операции. К этому времени в Японии уже имели опыт переливания этого препарата более чем 50 больным, начиная с 1978 г. Двадцать шестого декабря 1979 г. в ИБФ АН СССР Ф.Ф. Белоярцевым и С.М. Чилая была с успехом использована экспериментальная эмульсия ПФУ для сохранения отключенного от кровотока сердца собаки.
В 1980 г. было издано Постановление Президиума АН СССР №367. После этого в Институте биофизики развернулась работа по комплексной целевой научно-технической программе «Создание и выпуск нового класса газопереносящих сред на основе перфторуглеродов для получения искусственной крови с целью замещения кровопотерь, сохранения изолированных органов в целях трансплантации, разработка высокопроизводительных методов культивирования животных клеток и для создания новых видов медицинской техники» на 1981—1985 гг. («Программа 0.Ц.042»), объединившая сотрудников около 40 различных учреждений.
В 1980—1981 гг. группа Н.В. Шибаева получила первые лабораторные партии ПФУ-эмульсии — «Фторосан». Опытные партии перфторэмульсий тщательно тестировали медико-экспериментальная группа Б.И. Исламова, физико-химическая группа Е.И. Маевского и биохимическая группа Г.Р. Сологуба. Таким образом, к концу 1982 г. — началу 1983 г. благодаря организаторским усилиям И.Л. Кнунянца, Г.Р. Иваницкого и Ф.Ф. Белоярцева работа по созданию фторосана была завершена. Всего в течение 1979—1983 гг. в ИБК АН СССР (Пущино) провели несколько тысяч экспериментов на животных, используя различные по составу перфторуглеродные эмульсии с заданными свойствами. В итоге достигли целевых характеристик у трех препаратов: для кардеоплегии при фармакохолодовой защиты миокарда — «Фторэм», для региональной перфузии — «Перфузоль» и кровозаменитель с газотранспортной функцией — «Фторосан».
В 1981 г. увидел свет первый отчет о результатах II и III фаз клинических испытаний в 24 медицинских учреждениях Японии, в ходе которых 185 пациентам для восполнения кровопотери или для улучшения мозгового кровообращения вводили «Флюозол-ДА» в дозе от 6 до 25 мл/кг массы тела. Частота анафилактоидных реакций составила 0% [9]. Последующие клинические испытания «Флюозола-ДА» в Японии более чем на 600 пациентах продемонстрировали, что реактогенность препарата все же достигала 5%. Тогда как при ограниченных клинических испытаниях препарата в США установили неожиданно высокую частоту побочных эффектов до 35% случаев. Такое расхождение в американских и японских данных по реактогенности «Флюозола-ДА» послужило основанием для публичного обвинения японских исследователей в фальсификации данных и давлении на врачей с целью сокрытия истинной частоты негативных эффектов препарата [10]. В последующем испытания препарата были завершены, а производство прекращено.
В марте 1982 г. была спасена самая известная в СССР реципиентка перфторана — 4-летняя Аня Гришина. Восьмого марта 1982 г. в Москве она попала под троллейбус, получив множество переломов, скальпированную рану брюшной стенки, обеих ног, острую кровопотерю и геморрагический шок. После переливания массивных доз цельной крови, заготовленной от большого числа доноров с различным фенотипом, возник «синдром гомологичной крови»; групповые характеристики собственной крови пациентки определить не могли. Начался некроз мягких тканей, мама девочки подписала документы согласия на ампутацию ног. Главный детский анестезиолог-реаниматолог МЗ РФ В.А. Михельсон добился отправки из Пущино в Филатовскую больницу двух ампул экспериментальной отечественной эмульсии ПФУ. После ее введения 13 марта 1982 г. состояние пациентки стабилизировалось, и девочка была спасена без ампутации конечностей. В это время препарат еще не был допущен в СССР к испытаниям на людях. Родителей девочки о переливании нового лекарственного препарата не известили, данных о его введении пациентке в выписной эпикриз не внесли [11].
Двенадцатого января 1984 г. по настоятельной просьбе Фармакологического комитета Минздрава СССР первоначальное название кровезаменителя «Фторосан» было изменено на «Перфторан», чтобы «не создавать лексикологической путаницы».
Постановлением Фармакологического комитета СССР от 12.01.84 была разрешена I фаза клинических испытаний «Фторосана» на базе Института хирургии им. А.В. Вишневского АМН СССР, Главного военного клинического госпиталя им. Н.Н. Бурденко и Всесоюзного научного центра хирургии АМН СССР. Шестого июня 1984 г. полковник В.В. Мороз, начальник лаборатории вспомогательного кровообращения и искусственной оксигенации Главного военного клинического госпиталя им. Н.Н. Бурденко провел первое переливание перфторана в рамках I фазы клинических испытаний. Больному ввели внутривенно 400 мл препарата. В октябре—ноябре 1984 г. впервые в мире В.В. Мороз и В.А. Белов использовали перфторан на театре военных действий в различных медицинских подразделениях ограниченного контингента советских войск в Афганистане. Там же инфузией перфторана впервые в мире (по стечению обстоятельств) излечили жировую эмболию.
II фаза клинических испытаний на больных, включая детей старшего возраста, началась 15.03.85. В ходе первых двух фаз клинических испытаний перфторана был собран материал по результатам наблюдений, вероятно, около 660 пациентов в 8 ведущих учреждениях МЗ и АМН СССР. Это составило в общей сложности около 20 нозологических форм.
В 1985 г. Н.Л. Крылов, В.В. Мороз, Ф.Ф. Белоярцев впервые опубликовали результаты первой фазы клинических испытаний перфторана в Главном военном клиническом госпитале им. Бурденко у 472 раненых и больных, при этом суммарная частота побочных эффектов составила 4,3% [12]. В 1988 г. в Китае впервые сообщили об использовании оригинальной эмульсии ПФУ («Эмульсия №II») собственного производства для лечения «жертв войны» без детализации обстоятельств [13].
В 1988 г. появилось первое проспективное, рандомизированное исследование у 109 больных после радикальных операций по поводу онкологических заболеваний, в котором обосновали эффективность эмульсии ПФУ (перфлюброн) в сочетании с ингаляцией 100% O2 по сравнению с аллогенной кровью [14]. Аналогичные данные были получены в многонациональном, многоцентровом, рандомизированном, контролируемом, параллельном групповом исследовании перфлюброна у 147 пациентов после ортопедических операций [15].
А в 1990 г. были опубликованы результаты незаконченного рандомизированного исследования 46 больных, принадлежащих к секте свидетелей Иеговы, с тяжелой анемией (средний уровень гемоглобина составлял 4,3 г/дл). Из числа получивших японский «Флюозол-ДА» умерли 37,5%, а в группе пациентов, получивших другие кровозаменители, не имеющих газотранспортной функции, — 46,6%. Неявный и нестойкий эффект от инфузии эмульсии «Флюозола-ДА» связали с его быстрой отменой и незначительной дозой введения [16].
Японский «Fluosol-DA» был одобрен для применения в США и 8 других странах при ишемии миокарда во время коронарной ангиопластики для чрезкатетерной перфузии и назначен примерно 40 тыс. пациентам в период с 1989 по 1992 г. Изменение техники операции привело к снижению интереса к препарату, а сложная технология хранения, стерилизации и подготовки к использованию, а также высокий риск побочных эффектов препарата при системном введении у лиц немонголоидной расы поставили точку в его историографии. Препарат был снят с производства [2].
Во время III фазы клинических испытаний перфторана в РФ 1992—1994 гг. препарат получили 298 больных. В этой элективной группе больных описанных ранее осложнений не наблюдали. Что, по-видимому, явилось результатом доработки препарата для устранения его реактогенности [17]. В более поздней публикации [18] сообщалось, что инфузии первой генерации препарата в 1984—1985 гг. у 10,7% больных сопровождались неблагоприятными реакциями: болью в поясничной области, гиперемией лица, кожных покровов, одышкой, снижением артериального давления, что потребовало в дальнейшем специальных работ, направленных на устранение реактогенности перфторана. Повторный анализ этих показателей свидетельствовал о том, что суммарная частота побочных эффектов применения модифицированного перфторана за период 1984—1994 гг. составила уже около 8%.
В 1985 г. по данным патоморфологических исследований, выполненных А.Э. Васильевым, впервые продемонстрировано, что перфторан лишен канцерогенных свойств и эмбриотоксичности. В 1987 г. В.В. Образцов и Д.Г. Шехтман установили, что после попадания перфторана в печень наблюдается индукция цитохрома Р450, что способствует активации детоксицирующей функции печени, при этом липофильные яды и психотропные препараты намного быстрее подвергаются обезвреживанию, что открыло новое направление в применении перфторана — клиническую токсикологию.
С 1996 г. МЗ РФ разрешил перфторан к промышленному выпуску и впервые в мире к широкому клиническому применению. В 1997 г. научно-производственная компания «Перфторан» начала продавать его Центральным региональным станциям переливания крови и в различные больницы. В замороженном виде (–4 °C—18°C) перфторан можно было хранить до трех лет, а при температуре не выше 4 °C — 2 нед.
Экспериментальные и клинические исследования, проведенные в период с 1981 по 1997 г., по созданию и внедрению перфторана в клинику послужили в дальнейшем основанием для награждения в 1999 г. авторского коллектива, участвовавшего в создании и испытании перфторана, премией Правительства РФ в области науки и техники за 1998 г.
В 1999 г. впервые опубликованы результаты отечественного многоцентрового исследования оценки результатов клинической апробации перфторана (всего приняло участие 6 крупнейших научно-исследовательских центров) у 757 пострадавших, раненых и больных с различными заболеваниями в возрасте от 19 до 82 лет. В качестве контрольной группы выступили 976 пациентов. Перфторан продемонстрировал достоверные преимущества при его применении. Показания к применению перфторана стали постепенно расширяться. Теперь это были не только острая или хроническая анемия и тканевая гипоксия, но также острая и хроническая гиповолемия (травматический, геморрагический, ожоговый и инфекционно-токсический шок, операционная и послеоперационная гиповолемия); нарушения микроциркуляции, тканевого газообмена и метаболизма разной этиологии (гнойно-септические состояния, нарушения мозгового кровообращения, жировая эмболия, инфекции, респираторный дистресс-синдром взрослых, тромбогеморрагический синдром); защита донорских органов (подготовка донора и реципиента); использование в аппарате искусственного кровообращения; регионарная перфузия конечности, миокарда; местное применение (лаваж легких и ран) [17]. В это же время был обобщен 5-летний опыт успешного экспериментального и клинического использования перфторана в ВМА им. С.М. Кирова в клиниках военно-полевой терапии, нервных болезней, акушерства и гинекологии, офтальмологии, гематологии и клинической иммунологии, военной травматологии и ортопедии, военно-полевой хирургии, неотложной хирургии, сердечно-сосудистой хирургии, военной токсикологии (отравлениях экзогенными ядами и психотропными веществами). С мая 1999 г. перфторан впервые стали применять как компонент интенсивной терапии травмированным шахтерам Кемеровской области с компрессионными травмами и синдромом длительного сдавления в тяжелой форме [19].
В 2003 г. впервые были опубликованы результаты анкетирования 263 учреждений здравоохранения из 53 республик, краев и областей России [20]. Положительный эффект от применения перфторана зафиксировали 88,3% респондентов; отрицательный — 3,3%; отсутствие эффекта — 8,3%. Побочные эффекты зарегистрировали 4%.
В 2005 г. впервые привели обобщенные данные лечения перфтораном более 4500 больных. ПФ вводили в дозах от 4 до 30 мл/кг в зависимости от заболевания. Наибольшие суммарные дозы были использованы в диапазоне от 1000 до 5300 мл для лечения тяжелой анемии [21]. Частота побочных эффектов составила: при тяжелой кровопотере, геморрагическом шоке — 2%; политравме, черепномозговой травме — 0%; токсическом и инфекционном шоке — 0%; острой окклюзии сосудов и инфаркте миокарда — 20%; в случае применения для кардиоплегии — 0%; при трансплантации органов — 0%; при ожогах и у больных онкологическими заболеваниями — 25%. Всего у 912 больных неблагоприятные побочные эффекты были выявлены в 6,9%. Структура показаний к введению перфторана (на выборке 1823 больных, получавших ПФ в сравнительных исследованиях, из общей сложности 3332 пациентов) была представлена следующим образом: острая кровопотеря, полиорганная недостаточность — 22,0%; нарушения перфузии и микроциркуляции (без кровопотери) — 16,02%; синдром системного воспалительного ответа — 8,9%; детоксикация — 9,3%; острый респираторный дистресс-синдром — 8,3%; черепно-мозговая травма — 7,3%; термический ожог, шок — 2,9%; трансплантация — 4,8%; в целях кардиоплегии, при искусственном кровообращении — 3,9%; местное применение (раны, язвы, травма спинного мозга) — 16,2%.
К 2005 г. перфторан был одобрен к применению в Казахстане, Украине и Узбекистане, сертифицирован в Мексике под названием «Perftec» [2]. В 2006 г. в Мексике опубликовано первое и, по-видимому, единственное рандомизированное исследование роли перфторана в снижении объема переливания аллогенной крови при операции на сердце (вальвулопласика) [22]. Его результаты показывают, что перфторан безопасен, эффективен и достоверно снижал потребность в аллогенной крови и ее производных у пациентов, перенесших операцию на открытом сердце.
За рубежом после «Fluosol-DA» появились его производные второго поколения — «Oxycyte», — более поздние американские препараты — «Oxygent», «LiquiVent», «Therox», «Oxyfluor» — и другие — третьего поколения ПФУ. Все они показали высокую по сравнению с доклиническими испытаниями частоту побочных эффектов и оказались не столь эффективны для доставки и утилизации кислорода, как можно было бы ожидать, исходя из их физических свойств [23, 24]. В отличие от перфторана, ни один из зарубежных препаратов, содержащих эмульсию ПФУ, не прошел все фазы клинических испытаний и не был запущен в промышленное производство.
Вплоть до 2015 г. в РФ отмечалось расширение географии вовлеченных регионов и ежегодный прирост количества учреждений, использующих перфторан на регулярной основе. В дополнение к ранее установленным показаниям его стали применять не только в военной, но и в гражданской медицине, при краш-синдроме и отравлении CO, при интестинальной ишемии, сепсисе, панкреонекрозе, перитоните, в лечении термических поражений и онкологических заболеваний, в офтальмологии, акушерской и гинекологической практике.
Однако в мае 2015 г. изготовитель перфторана в г. Пущино Московской области ОАО НПФ «Перфторан» прекратил свое существование. Трехлетний срок годности последних партий препарата истек в 2017 г. ООО «Гротекс» в октябре 2015 г. приобрел права на товарные знаки «Перфторан» и «Голубая кровь», а 27 апреля 2016 г. приобрел патент на препарат и технологию его выпуска, однако его обновленное производство так и не было начато.
Передача прав на производство перфторана частным структурам прекратила дальнейшие научные исследования и практическое использование перфторана в отечественном здравоохранении [25], исключила формирование его необходимых запасов для применения в локальном военном конфликте текущего времени, а также при заболеваниях пандемического характера (например, COVID-19) [26, 27].
Таким образом, в хронологии открытия и применения «искусственной крови» нет однозначных авторитетов. В этом «состязании амбиций» не оказалось и явных общепринятых победителей. Но историография создания и применения эмульсий ПФУ в медицине позволяет найти вероятные научные приоритеты и установить исторические вехи, послужившие отправной точкой анализа важной череды событий.
Выводы
1. Создание и применение в течение 30 лет перфторана, близкого по своим характеристикам к идеальному кровозаменителю, следует оценить как достижение отечественной наукой мирового приоритета.
2. К сожалению, большинство отечественных публикаций по этой проблеме представлены преимущественно в многочисленных кандидатских и докторских диссертациях и авторефератах, а также в различных сборниках конференций и съездов, но не на страницах высокорейтинговых журналов. Это обстоятельство исключает возможность их цитирования согласно принципам доказательной медицины. Кроме того, очевидно недостаточное количество специальных рандомизированных исследований по этой теме и в мире, и в РФ.
3. Обращает внимание большой разброс данных о частоте побочных эффектов после инфузии перфторана (от 0 до 25%), что может быть связано с оценкой результатов применения нескольких различающихся по своему составу и свойствам генераций препарата в разные годы у больных разного профиля.
4. Принцип «презентизма» (подход к анализу событий прошлого, в том числе к публикациям XX века, в рамках современных требований) научной историей медицины считается ошибочным.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Крылов Н.Н.
Сбор и обработка материала — Кажлаев А.Ю., Карпенко И.В.
Написание текста — Кажлаев А.Ю., Батоев С.Д.
Редактирование — Крылов Н.Н.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.