Датчики приключены.
— Снимите наркоз, Мила. Совсем выключите закись.
Смотрим. Через несколько минут собака начала двигаться и открывать глаза. Значит, она жива, ее мозг продолжает управлять организмом. Но кроме сердца.
— Как с аппаратурой? Можно измерять? И записывать?
— Да.
— Где программа опыта?
Мне подают длинный лист, где перечислен порядок нагрузок и измерений. Всего предполагается произвести семь испытаний почти с двумястами замеров. Это часов на шесть. Если, конечно, собака не умрет. Изменяя приток крови по венам и противодавление в аорте, будут определять производительность сердца.
Программа хорошая. Это Юра научил составлять такие — по примеру испытаний машин…
— Игорь, Вадим, Юра, прошу вас зайти ко мне в кабинет часа в два. Нужно обсудить некоторые вопросы. Семену Ивановичу я скажу сам.
Переодеваюсь и иду в кабинет.
Днем все выглядит иначе. Смерть куда-то отступила, и я ей явно не верю. Проблема анабиоза предстала в чисто научном плане: это не я буду лежать в саркофаге — другой.
Вот рукопись об этом. Плод утренней работы. Пожалуй, ребятам я ее еще не дам.
И вообще: что я им собираюсь сказать?
„Я болен. Пожалуйста, без слюней“. Усилить работу — хочу видеть результат. О заместителе пока не говорю. И об анабиозе тоже. Расписать конкретные задачи, вот список.
И все. Нет, еще посмотреть реакцию. Для выбора преемника. Чтобы прославлял учителя? Нет, чтобы продолжал дело. Честно? Почти.
Просматриваю рукопись.
Записка об анабиозе
Теоретически можно представить себе возможность консервировать человека, как и любое теплокровное животное. Общеизвестен факт, что с понижением температуры уменьшается скорость любой химической реакции, а следовательно, и обмен веществ. В опытах установлено, что при температуре 25o он составляет 25 %, при 10o — 6 % от нормы. По всей вероятности, эти цифры можно распространить и на человека, может быть, с небольшими поправками. При замерзании обмен веществ приближается к нулю. Разумеется, самое заманчивое было бы консервировать жизнь замораживанием. Это удается в отношении низших животных и даже рыб. Но млекопитающие после оттаивания не оживают.
Почему?
Организм состоит из очень разнообразных клеток, которые дифференцировались в Процессе эволюции. Нервные, мышечные, железистые. Соединительная ткань, эпителий. Среди них есть более древние, которые почти не отличаются от соответствующих клеток беспозвоночных, есть молодые, возникшие на уровне высших млекопитающих. Первые сохраняют жизнеспособность при самых различных внешних условиях, и в частности при низкой температуре. Со вторыми сложнее.
Есть два типа химических реакций, определяющих жизнь: одни составляют неспецифическую жизнедеятельность, например, получение энергии простейшими окислительными процессами, и вторые — специфическую, например, сокращение мышцы, возникновение нервного импульса или образование сложных гормонов. Эти реакции очень чувствительны и идут только при строго определенных условиях — доставке кислорода, рН, температуре. Однако их остановка не означает смерть клетки: восстанавливаются условия и возвращается функция.
Итак: любую изолированную клетку можно законсервировать охлаждением, но при условии, что внешняя среда обеспечит поставку самых необходимых питательных веществ и убирание шлаков. Специфические функции выключаются раньше, но основные реакции жизни сохраняются до низкой температуры и потом угаснут, чтобы легко восстановиться при нагревании. Это доказано на так называемых культурах тканей вне организма, когда в искусственных условиях содержатся отдельные клеточные колонии.
К сожалению, то, что получается на клетке, нельзя воспроизвести на целом организме. Клетки в нем получают питание из крови, а постоянство ее состава поддерживается деятельностью внутренних органов и регулирующих систем за счет специфической жизнедеятельности составляющих их клеток. При понижении температуры эти клетки выключаются в первую очередь, и весь организм остается без питания и кислорода, хотя потребность в нем еще достаточно высока. Если взять собаку и начать ее охлаждать под наркозом, то при температуре 30o выключается самостоятельное дыхание, а при температуре 15o останавливается сердце. Потребление кислорода в это время еще составляет 15%, а доставка его полностью прекращается. Дальнейшее охлаждение проходит уже при тяжелой гипоксии, ведущей к гибели клеток, в первую очередь таких благородных, как корковые.
Современная техника позволяет перейти этот барьер смерти. Существуют аппараты искусственного дыхания, кровообращения, искусственная почка и даже искусственная печень. Если их применить в комплексе, то можно искусственно поддерживать постоянство внутренней среды в период охлаждения и обеспечить таким образом питание, кислород и уборку шлаков от всех клеток организма.
В последующем в течение всего периода анабиоза, сколь бы длителен он ни был, нужно поддерживать постоянными основные константы состава крови. Охлажденные клетки довольно хорошо переносят кислородное и иное голодание, поскольку их потребности очень низки, но, однако, не более определенных сроков. Практически обмен почти полностью прекращается при температурах ниже нуля. Это означает, во-первых, полное прекращение кровообращения на какой-то срок при замораживании и особенно замедление его восстановления в период нагревания. Во-вторых, еще не ясно, как перенесут сами клетки период кристаллизации внутриклеточной жидкости, когда она превращается в лед.
Следовательно, есть основания для получения и поддержания анабиоза с помощью сильного охлаждения организма, но нет никакой уверенности, что его можно заморозить и хранить в холодильниках, как продукты.
Таковы теоретические предпосылки анабиоза человека. К сожалению, на пути практического выполнения его стоит ряд трудностей. Преодоление их требует много усилий.
Придется остановиться на некоторых подробностях.
Через внутреннюю среду — кровь — осуществляется транспортировка питательных и вредных веществ при сохранении некоторого оптимального уровня их. Потребителями всегда являются ткани, а поставщиками — различные органы, управляемые регулирующими системами. Между ними поддерживается баланс. Содержание различных веществ связано друг с другом различными зависимостями. Разберем их подробнее.
Газообмен. Ткани потребляют кислород и выделяют углекислоту, а легкие наоборот. Объем и соотношение газов определяются интенсивностью обмена и соотношение» сжигаемых питательных продуктов — белков, жиров или углеводов. Для оптимальной функции клеток нужно, чтобы парциальное давление газов в тканях, а следовательно, и в крови капилляров колебалось в довольно ограниченных пределах (O2 от 100 до 40 мм р. ст.), в которых действуют окислительные ферменты. В условиях анабиоза обмен газов между организмом и средой должен осуществляться аппаратом «сердце — легкие» (АИК), перекачивающим чистую или разведенную плазмой кровь. Производительность искусственного сердца и газообмен в оксигенаторе (искусственные легкие) должны обеспечивать нормальные парциальные давления кислорода и углекислоты в тканях. Если брать чистую кровь, то производительность АИК можно снижать пропорционально уменьшению обмена веществ, то есть при температуре 5o — приблизительно в 15–20 раз. Для взрослого это около 200 мл/мин. Однако цельная кровь едва ли пригодна для циркуляции при низких температурах, так как она обладает высокой вязкостью. Кроме того, замечено, что ввиду низкой скорости движения эритроциты склеиваются друг с другом и задерживаются в капиллярах. Поэтому при низкой температуре целесообразно разводить кровь плазмой или даже использовать чистую плазму. Правда, при этом нужно значительно повысить объемную скорость циркуляции, но это не представляет особой проблемы. Дело в том, что в настоящее время нет такого идеального АИК, который бы не разрушал эритроцитов при длительной работе. Гемоглобин выходит в плазму крови и делает ее токсичной. Переход на чистую плазму исключает эту опасность.
За последнее время выявились новые возможности введения кислорода в организм — путем помещения в камеру с высоким давлением. Доля растворенного в плазме кислорода повышается пропорционально увеличению парциального давления. Поэтому можно отказаться от гемоглобина, применив плазму, и даже при этом уменьшить производительность насоса. Кроме того, при высоком давлении до 25 % необходимого кислорода проникает прямо через кожу. При низкой температуре удельный вес ножного дыхания еще более возрастает — вплоть до полного обеспечения кислородом. Правда, при этом возникает опасность, что поверхностные ткани будут перенасыщены кислородом и могут от этого пострадать, а глубокие будут в условиях гипоксии. Самое же главное, что введение таким образом кислорода не обеспечивает одновременного удаления углекислоты. Поэтому основным средством газообмена тканей при анабиозе остается кровообращение с использованием плазмы. Давление в камере будет различно — в зависимости от условий охлаждения и нагревания, скорости циркуляции и уровня температуры. Можно предполагать, что при давлении 0,5 атм и использовании чистой плазмы понадобится скорость циркуляции порядка 0,5 л/мин. Однако нужно учесть, что при низкой производительности очень трудно обеспечить равномерное прохождение крови по всем тканям. При малом объеме и низком давлении может иметь место вредная централизация, когда кровь будет циркулировать только по некоторым магистральным сосудам, а в «закоулки» организма не проникнет. Поэтому возможно, что оптимальным режимом кровообращения будет прерывистая работа АИК с производительностью 2–3 л/мин. — как агрегат холодильника: промоет организм и остановится. Такой пульсирующий ток, возможно, будет более выгодным еще и потому, что будет выполнять механическую функцию массажа тканей.
По всей вероятности, на втором месте по важности после газообмена стоит водно-солевой баланс и кислотно-щелочное равновесие. Вода и соли вводятся в организм через пищеварительный тракт и выводятся почками. Количество анионов и катионов должно быть в определенном соотношении, чтобы поддерживать постоянство рН. Правда, на последнее влияет также образование СО2 в тканях и выделение его легкими. В условиях анабиоза эту функцию должен взять на себя аппарат искусственной почки, работающий на принципе простого диализа. Изменяя состав жидкости, омывающей диализатор, можно поддерживать нужный уровень солей, рН и общий объем воды в организме.
Рассчитывать при этом на собственные почки не приходится, так как при низком давлении в артериальной системе их функция будет резко понижена. Но небольшая функция все-таки нужна, чтобы почечные канальцы систематически промывались мочой. Это тоже довод в пользу прерывистого режима АИК, когда в артериальной системе на короткое время можно создать нормальное давление.
Кроме этих функций, искусственная почка будет выделять мочевину, конечный продукт азотистого обмена белков. Аппарат ИП будет работать периодически, видимо, не чаще, чем раз в 4–6 часов, или даже реже.
Для поддержания энергетического баланса организма и для построения его новых структур взамен разрушающихся в процессе обмена нужны питательные вещества. Это белки, жиры, углеводы и витамины. Надеяться на сохранение деятельности пищеварительного тракта не приходится, поэтому все эти продукты придется вводить непосредственно в кровеносное русло. В практике медицины давно применяется введение глюкозы, но уже освоено введение эмульгированного жира и аминокислот. Весь набор витаминов также имеется в растворах. Наконец, нужно учесть, что значительную часть полезных продуктов организм будет получать в свежей плазме, которую придется добавлять, по всей вероятности, каждый день. В ней содержатся редкие элементы, гормоны, аминокислоты, другие важные факторы, многие из которых еще не известны. Необходимое количество питательных продуктов будет незначительным, если учесть, что обмен снизится в двадцать-тридцать раз.
Обычно в организме всегда образуется некоторое количество токсических продуктов, которые обезвреживаются в печени. Функция ее при анабиозе может резко понизиться. Поэтому, возможно, потребуется периодически полный обмен плазмы. Кроме того, в последние годы успешно разрабатываются аппараты типа «искусственной печени», способные поглощать высокомолекулярные токсические азотистые продукты.
Итак, теоретически вполне возможно поддерживать анабиоз, обеспечивая для клеток необходимую внешнюю среду, которая даст им питательные вещества и уберет продукты распада.
Однако есть много частных вопросов и технических деталей, которые требуют обсуждения и постановки опытов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
— Снимите наркоз, Мила. Совсем выключите закись.
Смотрим. Через несколько минут собака начала двигаться и открывать глаза. Значит, она жива, ее мозг продолжает управлять организмом. Но кроме сердца.
— Как с аппаратурой? Можно измерять? И записывать?
— Да.
— Где программа опыта?
Мне подают длинный лист, где перечислен порядок нагрузок и измерений. Всего предполагается произвести семь испытаний почти с двумястами замеров. Это часов на шесть. Если, конечно, собака не умрет. Изменяя приток крови по венам и противодавление в аорте, будут определять производительность сердца.
Программа хорошая. Это Юра научил составлять такие — по примеру испытаний машин…
— Игорь, Вадим, Юра, прошу вас зайти ко мне в кабинет часа в два. Нужно обсудить некоторые вопросы. Семену Ивановичу я скажу сам.
Переодеваюсь и иду в кабинет.
Днем все выглядит иначе. Смерть куда-то отступила, и я ей явно не верю. Проблема анабиоза предстала в чисто научном плане: это не я буду лежать в саркофаге — другой.
Вот рукопись об этом. Плод утренней работы. Пожалуй, ребятам я ее еще не дам.
И вообще: что я им собираюсь сказать?
„Я болен. Пожалуйста, без слюней“. Усилить работу — хочу видеть результат. О заместителе пока не говорю. И об анабиозе тоже. Расписать конкретные задачи, вот список.
И все. Нет, еще посмотреть реакцию. Для выбора преемника. Чтобы прославлял учителя? Нет, чтобы продолжал дело. Честно? Почти.
Просматриваю рукопись.
Записка об анабиозе
Теоретически можно представить себе возможность консервировать человека, как и любое теплокровное животное. Общеизвестен факт, что с понижением температуры уменьшается скорость любой химической реакции, а следовательно, и обмен веществ. В опытах установлено, что при температуре 25o он составляет 25 %, при 10o — 6 % от нормы. По всей вероятности, эти цифры можно распространить и на человека, может быть, с небольшими поправками. При замерзании обмен веществ приближается к нулю. Разумеется, самое заманчивое было бы консервировать жизнь замораживанием. Это удается в отношении низших животных и даже рыб. Но млекопитающие после оттаивания не оживают.
Почему?
Организм состоит из очень разнообразных клеток, которые дифференцировались в Процессе эволюции. Нервные, мышечные, железистые. Соединительная ткань, эпителий. Среди них есть более древние, которые почти не отличаются от соответствующих клеток беспозвоночных, есть молодые, возникшие на уровне высших млекопитающих. Первые сохраняют жизнеспособность при самых различных внешних условиях, и в частности при низкой температуре. Со вторыми сложнее.
Есть два типа химических реакций, определяющих жизнь: одни составляют неспецифическую жизнедеятельность, например, получение энергии простейшими окислительными процессами, и вторые — специфическую, например, сокращение мышцы, возникновение нервного импульса или образование сложных гормонов. Эти реакции очень чувствительны и идут только при строго определенных условиях — доставке кислорода, рН, температуре. Однако их остановка не означает смерть клетки: восстанавливаются условия и возвращается функция.
Итак: любую изолированную клетку можно законсервировать охлаждением, но при условии, что внешняя среда обеспечит поставку самых необходимых питательных веществ и убирание шлаков. Специфические функции выключаются раньше, но основные реакции жизни сохраняются до низкой температуры и потом угаснут, чтобы легко восстановиться при нагревании. Это доказано на так называемых культурах тканей вне организма, когда в искусственных условиях содержатся отдельные клеточные колонии.
К сожалению, то, что получается на клетке, нельзя воспроизвести на целом организме. Клетки в нем получают питание из крови, а постоянство ее состава поддерживается деятельностью внутренних органов и регулирующих систем за счет специфической жизнедеятельности составляющих их клеток. При понижении температуры эти клетки выключаются в первую очередь, и весь организм остается без питания и кислорода, хотя потребность в нем еще достаточно высока. Если взять собаку и начать ее охлаждать под наркозом, то при температуре 30o выключается самостоятельное дыхание, а при температуре 15o останавливается сердце. Потребление кислорода в это время еще составляет 15%, а доставка его полностью прекращается. Дальнейшее охлаждение проходит уже при тяжелой гипоксии, ведущей к гибели клеток, в первую очередь таких благородных, как корковые.
Современная техника позволяет перейти этот барьер смерти. Существуют аппараты искусственного дыхания, кровообращения, искусственная почка и даже искусственная печень. Если их применить в комплексе, то можно искусственно поддерживать постоянство внутренней среды в период охлаждения и обеспечить таким образом питание, кислород и уборку шлаков от всех клеток организма.
В последующем в течение всего периода анабиоза, сколь бы длителен он ни был, нужно поддерживать постоянными основные константы состава крови. Охлажденные клетки довольно хорошо переносят кислородное и иное голодание, поскольку их потребности очень низки, но, однако, не более определенных сроков. Практически обмен почти полностью прекращается при температурах ниже нуля. Это означает, во-первых, полное прекращение кровообращения на какой-то срок при замораживании и особенно замедление его восстановления в период нагревания. Во-вторых, еще не ясно, как перенесут сами клетки период кристаллизации внутриклеточной жидкости, когда она превращается в лед.
Следовательно, есть основания для получения и поддержания анабиоза с помощью сильного охлаждения организма, но нет никакой уверенности, что его можно заморозить и хранить в холодильниках, как продукты.
Таковы теоретические предпосылки анабиоза человека. К сожалению, на пути практического выполнения его стоит ряд трудностей. Преодоление их требует много усилий.
Придется остановиться на некоторых подробностях.
Через внутреннюю среду — кровь — осуществляется транспортировка питательных и вредных веществ при сохранении некоторого оптимального уровня их. Потребителями всегда являются ткани, а поставщиками — различные органы, управляемые регулирующими системами. Между ними поддерживается баланс. Содержание различных веществ связано друг с другом различными зависимостями. Разберем их подробнее.
Газообмен. Ткани потребляют кислород и выделяют углекислоту, а легкие наоборот. Объем и соотношение газов определяются интенсивностью обмена и соотношение» сжигаемых питательных продуктов — белков, жиров или углеводов. Для оптимальной функции клеток нужно, чтобы парциальное давление газов в тканях, а следовательно, и в крови капилляров колебалось в довольно ограниченных пределах (O2 от 100 до 40 мм р. ст.), в которых действуют окислительные ферменты. В условиях анабиоза обмен газов между организмом и средой должен осуществляться аппаратом «сердце — легкие» (АИК), перекачивающим чистую или разведенную плазмой кровь. Производительность искусственного сердца и газообмен в оксигенаторе (искусственные легкие) должны обеспечивать нормальные парциальные давления кислорода и углекислоты в тканях. Если брать чистую кровь, то производительность АИК можно снижать пропорционально уменьшению обмена веществ, то есть при температуре 5o — приблизительно в 15–20 раз. Для взрослого это около 200 мл/мин. Однако цельная кровь едва ли пригодна для циркуляции при низких температурах, так как она обладает высокой вязкостью. Кроме того, замечено, что ввиду низкой скорости движения эритроциты склеиваются друг с другом и задерживаются в капиллярах. Поэтому при низкой температуре целесообразно разводить кровь плазмой или даже использовать чистую плазму. Правда, при этом нужно значительно повысить объемную скорость циркуляции, но это не представляет особой проблемы. Дело в том, что в настоящее время нет такого идеального АИК, который бы не разрушал эритроцитов при длительной работе. Гемоглобин выходит в плазму крови и делает ее токсичной. Переход на чистую плазму исключает эту опасность.
За последнее время выявились новые возможности введения кислорода в организм — путем помещения в камеру с высоким давлением. Доля растворенного в плазме кислорода повышается пропорционально увеличению парциального давления. Поэтому можно отказаться от гемоглобина, применив плазму, и даже при этом уменьшить производительность насоса. Кроме того, при высоком давлении до 25 % необходимого кислорода проникает прямо через кожу. При низкой температуре удельный вес ножного дыхания еще более возрастает — вплоть до полного обеспечения кислородом. Правда, при этом возникает опасность, что поверхностные ткани будут перенасыщены кислородом и могут от этого пострадать, а глубокие будут в условиях гипоксии. Самое же главное, что введение таким образом кислорода не обеспечивает одновременного удаления углекислоты. Поэтому основным средством газообмена тканей при анабиозе остается кровообращение с использованием плазмы. Давление в камере будет различно — в зависимости от условий охлаждения и нагревания, скорости циркуляции и уровня температуры. Можно предполагать, что при давлении 0,5 атм и использовании чистой плазмы понадобится скорость циркуляции порядка 0,5 л/мин. Однако нужно учесть, что при низкой производительности очень трудно обеспечить равномерное прохождение крови по всем тканям. При малом объеме и низком давлении может иметь место вредная централизация, когда кровь будет циркулировать только по некоторым магистральным сосудам, а в «закоулки» организма не проникнет. Поэтому возможно, что оптимальным режимом кровообращения будет прерывистая работа АИК с производительностью 2–3 л/мин. — как агрегат холодильника: промоет организм и остановится. Такой пульсирующий ток, возможно, будет более выгодным еще и потому, что будет выполнять механическую функцию массажа тканей.
По всей вероятности, на втором месте по важности после газообмена стоит водно-солевой баланс и кислотно-щелочное равновесие. Вода и соли вводятся в организм через пищеварительный тракт и выводятся почками. Количество анионов и катионов должно быть в определенном соотношении, чтобы поддерживать постоянство рН. Правда, на последнее влияет также образование СО2 в тканях и выделение его легкими. В условиях анабиоза эту функцию должен взять на себя аппарат искусственной почки, работающий на принципе простого диализа. Изменяя состав жидкости, омывающей диализатор, можно поддерживать нужный уровень солей, рН и общий объем воды в организме.
Рассчитывать при этом на собственные почки не приходится, так как при низком давлении в артериальной системе их функция будет резко понижена. Но небольшая функция все-таки нужна, чтобы почечные канальцы систематически промывались мочой. Это тоже довод в пользу прерывистого режима АИК, когда в артериальной системе на короткое время можно создать нормальное давление.
Кроме этих функций, искусственная почка будет выделять мочевину, конечный продукт азотистого обмена белков. Аппарат ИП будет работать периодически, видимо, не чаще, чем раз в 4–6 часов, или даже реже.
Для поддержания энергетического баланса организма и для построения его новых структур взамен разрушающихся в процессе обмена нужны питательные вещества. Это белки, жиры, углеводы и витамины. Надеяться на сохранение деятельности пищеварительного тракта не приходится, поэтому все эти продукты придется вводить непосредственно в кровеносное русло. В практике медицины давно применяется введение глюкозы, но уже освоено введение эмульгированного жира и аминокислот. Весь набор витаминов также имеется в растворах. Наконец, нужно учесть, что значительную часть полезных продуктов организм будет получать в свежей плазме, которую придется добавлять, по всей вероятности, каждый день. В ней содержатся редкие элементы, гормоны, аминокислоты, другие важные факторы, многие из которых еще не известны. Необходимое количество питательных продуктов будет незначительным, если учесть, что обмен снизится в двадцать-тридцать раз.
Обычно в организме всегда образуется некоторое количество токсических продуктов, которые обезвреживаются в печени. Функция ее при анабиозе может резко понизиться. Поэтому, возможно, потребуется периодически полный обмен плазмы. Кроме того, в последние годы успешно разрабатываются аппараты типа «искусственной печени», способные поглощать высокомолекулярные токсические азотистые продукты.
Итак, теоретически вполне возможно поддерживать анабиоз, обеспечивая для клеток необходимую внешнюю среду, которая даст им питательные вещества и уберет продукты распада.
Однако есть много частных вопросов и технических деталей, которые требуют обсуждения и постановки опытов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28