«В фантастических романах и фильмах, повествующих о полётах к другим планетам, экипаж космического корабля, как правило, преодолевает бóльшую часть пути в состоянии анабиоза. Но реально ли создать такую технологию?»
( Тельпухов В.И., Щербаков П.В. Охладить, но не замораживать «Наука и жизнь» №1, 2018 С. 56-61 https://www.nkj.ru/archive/articles/32989/ )
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
ГИПОБИОЗ — КАК ПРЕДДВЕРИЕ АНАБИОЗА
Начиная с 1960-х годов многие лаборатории мира, независимо друг от друга, стали экспериментировать с консервацией тканей и органов при слабоположительных температурах (чуть выше 0°С) и повышенном давлении инертных газов.
Исследователи обнаружили, что биологические объекты, предварительно насыщенные ксеноном или аргоном и нагруженные давлением этих же самых газов — при околонулевых температурах долго остаются неповреждёнными. Например, крысиную почку, которую новаторы обычно использовали в качестве экспериментальной модели, удавалось сохранять на протяжении восьми дней!
Эти оригинальные эксперименты по столь небывало-длительной для той поры пролонгации жизнеспособности, продемонстрировали на весь научный мир — К. Руиле в 1970 году, работающий при +2°С и давлении ксенона 3 атм., а также наш соотечественник В. И. Шумаков при (+2°С)–(+4°С) и давлении аргона 1,5–2,0 атм.
Сегодня мы сказали бы — тогда передовые исследователи столкнулись с проявлением клатратного гипобиоза.
Гипобиоз (от hypo — под, внизу и bios — жизнь) — состояние сниженной жизнедеятельности организма или его частей, когда температура данного биологического объекта становится заметно ниже нормальной, но при том остаётся стабильной.
С конца 1960-х годов и по 1990-е при кафедре оперативной хирургии и топографической анатомии 1-го Московского медицинского института имени И. М. Сеченова (ныне Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова), а потом при Всесоюзном научном центре хирургии АМН СССР (ныне ФГБУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б. В. Петровского» РАМН) стала работать научная группа (так называемая «Академическая группа»), которую возглавил всемирно известный в то легендарное время академик Владимир Васильевич Кованов.
Его персональная Академическая группа объединяла специалистов самого разного профиля, занимавшихся всевозможными способами консервации тканей и органов (по этому поводу смотрите интервью с академиком Ковановым в журнале «Наука и жизнь» в 1985 году, в № 7 — Губарев И. «Цель — химический анабиоз, или вторая жизнь формалина»).
В 1980-е годы сотрудникам Кованова удалось разработать совершенно уникальный метод долгосрочного хранения тканей и органов при отрицательных температурах.
Суть способа заключалась в том, что биологический образец, насыщенный инертными газами (смесь аргона, ксенона и криптона ), сначала охлаждали до 0°С в атмосфере этих же газов.
Благодаря чему в процессе охлаждения в клетках биообъекта начинали образовываться разрозненные микрокристаллогидраты инертных газов, выводя таким образом часть свободной воды из биохимических взаимодействий.
Кроме того, появляющиеся в клетках кристаллогидраты становились так называемыми «зародышевыми кристаллами», которые уже после охлаждения ниже 0°С способствовали формированию обычного льда — из всё ещё остающейся незадействованной значительной части биологически активной воды.
Но образование этого льда, в отличие от случаев обычного замораживания, было совершенно неопасно для биологического объекта, поскольку благодаря рассредоточенным газово-гидратным зародышам этот лёд формировался сразу по всему объёму образца. То есть без распространения разрушительного фронта кристаллизации от периферии к центру — как это происходит с замораживанием любого крупного биоматериала (например, сердца, почки и т.д.).
За этапом гипотермии, в соответствии с авторской методикой, следовала клатратная криоконсервация — сначала организм подвергали давлению этими же самыми газами, а затем охлаждали от 0°С до температуры жидкого азота (–196 °С), Таким образом удавалось эффективно сохранять органы in situ («на своём месте»). То есть предварительно их вообще не «вынимали» из тела и не производили с ними никаких подготовительных манипуляций.
А вот и самое главное, чему посвящена данная статья — перед заморозкой, ещё до 0°С, животные, которых загодя «накачивали» инертными газами и подвергали глубокой гипотермии в этой же газовой среде, — впадали в гипобиоз, благодаря чему их органы на этом гипотермическом этапе сохранялись жизнеспособными вплоть на перспективу, перед дальнейшими криогенными манипуляциями.
[ Вслед за Академической группой Кованова похожих результатов — по достижению гипобиоза мелких лабораторных животных (крыс) — добились исследователи из Института медико-биологических проблем РАН под руководством В. Н. Ананьева. Они использовали в своих опытах с лабораторными крысами абсолютно тот же набор газов (смесь аргона, ксенона и криптона) ]
Так вот. Данные эксперименты, проведённые в Академической группе, показали, что ещё при нормальном атмосферном давлении можно достичь максимальной глубины гипотермии 0°С простым охлаждением всей (!) поверхности тела — обычной проточной ледяной водой. А благодаря применению на этом фоне инертных газов, крысы впадают в гипобиотическое состояние, что позволяет сохранять их органы жизнеспособными перед последующим интервалом уже низких температур.
Если, всё же, опыт не доводили до замораживания, а останавливали его на любой стадии самой гипотермии (вплоть до 0°С), то крыс, путём их согревания, можно было вернуть обратно к нормальной жизнедеятельности — выживаемость животных была 100-процентной, и никаких признаков патологии в дальнейшем у них не проявлялось!
Кстати, это именно сотрудники научного подразделения Кованова впервые ввели в медико-биологический лексикон такое понятие как — «Клатратный (газовый) гипобиоз».
Подытоживая вышеизложенное, можно уверенно констатировать, что особые свойства инертных газов — которые уже даже при гипотермии способны образовывать отдельные микрокристаллогидраты и забирать таким образом на гидратное строительство часть клеточной воды, — помогают быстро и эффективно затормозить и обмен веществ, и работу нервных сетей.
В результате чего организм не так сильно сопротивляется охлаждению. А потому в гипотермию с гипобиозом его можно погрузить с меньшим риском исчерпать энергоресурсы, так необходимые потом — для реанимации при последующем согревании.
То есть, тормозя обмен веществ с помощью разработанного Академической группой газового метода, можно провести гипотермию с большей эффективностью — так, чтобы организм скорее погрузился в гипобиоз. Для этого необходимо предварительно насытить биологический объект рабочими клатратообразующими газами и затем всего лишь строго соблюдать протокол соответствующей методики.
* * * * * * * * * * * В ПРОДОЛЖЕНИЕ ТЕМЫ * * * * * * * * * * *
Итак. Впервые в мировой экспериментальной практике для целей эффективного охлаждения и согревания подопытного высшего млекопитающего с введением его в гипобиотическое состояние — группой академика Кованова был предложен обычный лабораторный охлаждающий/согревающий ультратермостат.
Одновременное охлаждение/согревание сразу всей (!) поверхности млекопитающего, в том числе и головы ( ! ), именно проточной ( ! ) ледяной/тёплой водой — стало инновационным прорывом в области искусственной гипотермии. До Академической группы Кованова этот метод не был известен. Его не применял никто из исследователей!
И ещё. Данная революционная методика, основанная на использовании специально разработанного сотрудниками Академической группы уникального устройства для дыхания в погруженном состоянии под проточной водой — позволяет уже сегодня перенести подобные опыты на крупные организмы, в том числе и на человека...
НА ВИДЕО : «Обратимая глубокая гипотермия крысы по Щербакову П.В. — основана на принудительной (искусственной) конвекции, вызванной работой перекачивающего насоса охлаждающего/согревающего ультратермостата — реконструирована в Институте биофизики клетки (ИБК РАН) Пущино при содействии непосредственно самого автора данной методики Павла Васильевича Щербакова по старым его наработкам ещё 1980-х годов (постановочный эксперимент заснят в 2015 году сотрудниками ИБК — демонстрирует Аверин А.С. со своим ассистентом)» :