[Из песочницы] Ликбез по Крионике: простым языком на сложную тему
Коль скоро это ликбез, давайте начнем с азов. Что же такое крионика? Если говорить с точки зрения потребителя, то лучшее определение крионики — это страхование жизни. Только не тот эвфемизм, который используется сегодня для обозначения выплаты вашим близким после вашей смерти, а реальное, настоящее страхование вашей собственной жизи. Способ хеджирования рисков катастрофической потери вашего самого ценного актива — вашей жизни.
Если же говорить с точки зрения технологии, то крионика это некое введение организма в состояние длительной паузы (анабиоз) для того, чтобы в будущем этот организм восстановить, вернуть к жизни. А чтобы достичь этой паузы, крионика использует технологию охлаждения тела до очень низких температур.
Для чего вообще она нужна, эта крионика? Ответ простой. Потому что у наших организмов есть одна неприятная особенность. Они умирают. И никому это не нравится, но большинство людей предпочитает придумывать себе оправдания почему им необходимо с этим смириться. Единицы же смиряться отказываются и решают попытаться научными методами увеличить наши шансы на выживание. Один из плодов труда таких единиц — крионика. Другие плоды вы тоже наверняка встречали — дефибрилляторы, аппараты исскуственной вентиляции легких, кардиостимуляторы, технология пересадки органов, вакцины и антибиотики.
Конечно же при сегодняшнем уровне научно-технического прогресса никаких гарантий на будущее восстановление крионика дать не может. Это было бы по меньшей мере интеллектуально нечестно. Но что крионика даёт, чего не даёт никакая другая технология — это шанс. Отличный от нуля. Варьирующийся по разным оценкам разбирающихся в теме ученых от 1 до 70 процентов. И в моем понимании, такой шанс стоит любых денег — ведь речь идет о самом ценном что у нас есть — нашей жизни.
Кстати, крионика — это не только страхование нашей жизни, но и персонализированния «скорая помощь» в будущее. И если для нас с вами прямо сейчас это может показаться не столь актуальным, есть очень много людей, для которых вопрос жизни и смерти гораздо более насущен. Это те люди, которым жить остается считанные месяцы. Они уже понимают, что современные медицинские технологии им не помогут, и их единственная надежда на выживание — это медицина будущего, а крионика — единственный шанс до нее добраться.
Вряд ли есть необходимость обосновывать веру в то, что медицина будущего будет гораздо более продвинутой чем медицина сегодняшняя. Ведь наука постоянно отвоевывает у смерти новые и новые рубежи. И лично у меня нет никаких сомнений, что когда-то мы победим этого дракона по имени смерть окончательно.
Но пока хватит патетики, давайте перейдем к науке. На чём же основывается наше предположение того, что крионика может сработать. Тут есть две категории данных — то, что мы видим в природе, и то, что мы видим в экспериментах.
Природа
Огромное количество обитателей нашей планеты отлично переносит заморозку — например те же растения, которые приходятся нам с вами родственниками, и состоят из очень похожих на наши клеток. Так вот, большинство растений, безопасно переносят температуры от -4°С до -12°C.
Животных, которым периодически приходится переносить длительную или кратковременную заморозку, тоже на нашей планете достаточно много. Всех их перечислять не буду, упомяну только несколько рекордсменов. Во-первых, это сибирский углозуб (Salamandrella keyserlingii), регулярно переносящий температуры до -50°C и способный оживать чуть ли не после 90 лет пребывания в вечной мерзлоте (источник1, источник2).
Вот он, красавчик:
А почетное второе место я бы отдал еще одному морозоустойчивому земноводному, древесной лягушке (Rana Sylvatica), которая может много месяцев находиться в замороженном состоянии.
Есть даже видео как она оттаивает:
Еще одно примечательное животное, способное выживать в течение нескольких месяцев при -20°C (в виде куколок) — это североамериканская моль Цекропия (Hyalophora cecropia). Это крупное насекомое, с размахом крыльев до 16 см. Для этого Цекропия придумала свой собственный рецепт криопротекторного коктейля, состоящего из глицерина и сорбитола.
Ну и не стоит забывать о нашем куда более близком теплокровном млекопитающем родственнике, арктической белке (Spermophilus parryii), которая может неделями находиться в спячке при температуре тела от -2 до 5°C. При этом было показано, что у нее полностью выключается электроволновая активность мозга (как и у людей, охлажденных ниже +18°С). Что подтверждает гипотезу о том, что долговременная память, которая составляет основу нашей личности, закодирована в структуре мозга — нейронах, синапсах и пр., а не в его электрической активности.
Люди, кстати, хоть и не так хорошо как вышеприведенные крионавты, но тоже могут успешно переносить длительное охлаждение. Приведу несколько известных примеров:
- Двухлетняя Мишель Фанк провела более часа под ледяной водой. Когда ее нашли спасатели, температура ее тела была 19°C и она не подавала признаков жизни. Однако врачам удалось ее достаточно быстро восстановить, и они были удивлены тем, что ее мозг не демонстрировал никаких признаков повреждений.
- Годовалая Эрика Нордби провела несколько часов в снегу при температуре -24°C. Температура ее тела упала до 16°C. После 6 недель в больнице она полностью восстановилась и была выписана.
- Американец Джастин Смит провел в снегу 12 часов при температуре -5°C. Обнаружившие его спасатели объявили его погибшим, но врач не согласился и стал проводить реанимационные мероприятия. Спустя полтора часа сердце Смита заработало самостоятельно. Врачи считали, что мозг Смита серьезно поврежден, но Смит выжил и вернулся к полноценной жизни.
- Канадец Тайаб Джафар провел несколько часов при температуре -11°C. Температура его тела упала до 21°C. После 10 недель в больнице он был выписан в полном здравии.
- Шведская лыжница Анна Багенхольм провела полтора часа подо льдом, охладившись до рекордных 13,7°C. После нескольких недель в больнице Анна полностью восстановилась.
- Джин Хилиард была найдена в снегу при температуре в -30°C, где она провела более 6 часов. После нескольких недель в больнице она полностью восстановилась.
- Один из самых ранних описанных в медицинской литературе случаев — в 1951 году 23-летняя американка из Чикаго провела около 12 часов при температуре воздуха от -18°C до -24°C градусов. При этом температура ее тела опустилась до 16°C. Хотя ей пришлось ампутировать пальцы рук и ноги ниже колен, остальные ее органы не пострадали.
- Самый ранний задокументированный случай восстановления после глубокой гипотермии произошел со шведским крестьянином в 1756 году и был описан в публикации Шведской Академии наук в 1757-ом: NAUCLER, S. Berichte van einem Mannes welcher dem Anschein nach efroren war denn aber wie der zum Leben verhollen war. K. Schwed. Akad. Wiss. 18: 107.
- Известны 6 случаев успешного выживания после многочасового нахождения в грузовом отсеке самолета при температурах ниже -40°C.
- Самый известный, хоть и не самый показательный пример — Бек Везерс, который в 1996 году уснул на вершине Эвереста, а потом очнулся и спустился сам в лагерь.
Как мы видим, в природе достаточно примеров восстановления после заморозки. Поэтому вполне разумно попытаться разгадать биологические механизмы, которые этот успех обеспечивают, и применить их на людях.
Эксперименты
Для начала давайте очень коротко пройдемся по главным проблемам охлаждения живых организмов. Главная проблема — это конечно образование кристаллов льда, которые могут повредить клетки, потому что кристаллы (а) колючие и (б) занимают больше места, чем исходная вода. Но не так это страшно, как выставляют это малограмотные противники крионики, пугающие нас взрывающимися при охлаждении клетками и прочими антинаучными глупостями.
Во-первых, при охлаждении вода из клетки выходит в межклеточное пространство, поэтому при охлажденнии клетки наоборот уменьшаются, а не взрываются. А во-вторых, лед лишь на 9% объемней исходной воды, а у клеток есть куда больший запас эластичности, благодаря которому они могут благополучно переносить как увеличение или уменьшение своего объема, так и присутствие определенного количества льда в межклеточном пространстве. Ну, а в третьих, криобиологи уже давно научились обрабатывать и клетки, и ткани, и целые органы криопротекторами — веществами, которые минимизируют образование кристаллов льда при заморозке. Вкупе с оптимальными режимами понижения температуры это позволило ученым уже много десятков лет замораживать (или витрифицировать, если быть точным) и размораживать как эмбрионы, так и целые органы.
Вот таблица тех органов, которые ещё в далеком 1980-ом году ученые уже умели замораживать до -79°C и размораживать (источник):
Из других проблем охлаждения можно отметить денатурацию (развёртывание) белков, но, к счастью, при понижении температуры эта денатурация чаще всего обратима. В отличие от повышения — сваренное яйцо обратно не разваришь. При этом, так как все химические реакции (а значит и биологические процессы) при понижении температуры замедляются, а потом останавливаются вовсе, вред от такой денатурации для замораживаемых организмов минимален.
Ну и в конце списка проблем стоит упомянуть термические макротрещины, особенно часто образующиеся при понижении температуры ниже -140°C. Насколько они чреваты осложнениями вопрос пока открытый, но есть мнения, что их опасность невелика. Также на горизонте есть и новые технологии того как этих трещин можно было бы избежать — например, не давая температуре тела криопациента опускаться ниже -140°C:
Systems for Intermediate Temperature Storage for Fracture Reduction and Avoidance
Cryonics, 3rd Quarter 2011 See also the Chronology of Developments Related to Fracturing and Intermediate Temperature…www.alcor.org
Patent US7278278 — Cryogenic storage system
The present invention provides devices and methods for the cryogenic storage of biological material. Devices of the…www.google.com
Patent US7299641 — Cryogenic storage system with improved temperature control
A cryogenic storage system for cryogenic storage using liquid refrigerant is provided. The cryogenic storage system…www.google.com
Давайте уже перейдем от теории к практике и посмотрим на экспериментальные данные — когда ученые пытались заморозить тех, кто сам этого делать не любит. Людей, например. Но для начала взглянем на животных.
Различных насекомых успешно замораживали и размораживали еще 100 лет назад, этим никого не удивишь. Поэтому упомяну лишь несколько примеров.
Многие слышали про неубиваемость Тихоходок (Tardigrada) — их и в космос отправляли, и до -196°C замораживали без всякой подготовки или криопротекторов. И ничего, те размораживались и жили дальше.
Черви нематоды — это любимый модельный организм биологов. На них было отточена технология витрификации, дающая 100% выживаемость. Более того, также было показано, что их долгосрочная память сохраняется после многодневной заморозки при -80°C! Что очень важно для демонстрации сохранности личности после заморозки.
В других экспериментах успешно был разморожен после охлаждения до -75°C Аляскинский жук (Upis ceramboides) —, а это уже куда более крупное насекомое:
Одни из первых важных опытов по заморозке млекопитающих были проведены еще в 1951 году (а самые первые были еще в 1912 году — когда Порфирий Бахметьев вводил в анабиоз летучих мышей — вот оригинал его статьи 1912 (!) года). В этих исследованиях без каких-либо криопротекторов замораживали крыс, и установили, что при понижении температуры до 0°C (но не ниже) можно добиться почти 100% выживаемости. Более того, некоторых крыс замораживали и размораживали многократно — некоторых аж по 10 раз. Также исследователи установили, что при быстрой заморозке (supercooling), когда вода еще не успевает превратиться в лед, некоторые крысы могут выживать и после охлаждения до -3°C:
В тех же 1950-х другие исследователи замораживали хомячков, доводя их температуру до -1°C, и варьировали время заморозки для установления того, какое количество льда их организм может переносить. В этих опытах было показано, что аж до 60% воды в мозге может превращаться в лед без видимых поведенческих последствий для животных после разморозки. (Источник, Источник).
Кстати, в исследованиях 1954–6 годов некоторые хомячки выживали даже после охлаждения ниже -3°C. Некоторых из них охлаждали до температуры тела между -3°C и -5,5°C, при которой их держали от 16 до 38 минут, а потом быстро нагревали и восстанавливали, после чего эти хомячки жили еще много месяцев без каких-либо проблем со здоровьем:
Опыты с приматами (Galago crassicaudatus) в тех же 1950-х были менее успешны. После заморозки ниже 0°C (без криопротекторов!) приматы сначала восстанавливались, но потом более суток не проживали, умирая либо от отека легких, либо от внутрибрюшинного кровотечения (вызванного желудочным соком, диффузировавшим во время заморозки из желчных желез или желудка, и разъевшим брюшные ткани). Но графики охлаждения у них вполне впечатляющие:
Двадцать первому веку тоже есть чем похвастаться. Долгое время почка оставалась самым сложным органом для криосохранения — после разморозки ее функция, увы, критически нарушалась. Но в начале 2000-х годов звезда криобиологии, Грегори Фэйи, смог взять этот рубеж. Кстати, довольно символично, что эти работы были сделаны под эгидой компании 21st Century Medicine.
В своих опытах Фэйи удалял одну почку у кролика, витрифицировал ее до различных температур, а затем размораживал и пересаживал ее обратно донору, после чего удалял вторую, здоровую почку. В 2003 году Фэйи смог найти успешную комбинацию криопротекторов и довольно сложный протокол витрификации, которые позволили ему успешно охлаждать почки до -22°C или даже -45°C, а для двух кроликов он смог добиться охлаждения аж до -130°C. Правда, до -22°C или -45°C были успешно охлаждены почки более 30 кроликов, а из тех двух, чьи почки охлаждались до -130°C, один умер через 9 дней после обратной пересадки, а второй прожил 48 дней, после чего был забит для гистологического анализа.
Кстати, это знаменитое фото, наглядно демонстрирующее разницу между замороженной и витрифицированной почкой, берет свое начало из еще более ранней работы Фэйи — 1984 (!) года:
По сравнению с почкой, мозг считается криобиологами куда более приспособленным к криосохранению. Полностью или частично его удавалось замораживать или витрифицировать без структурных повреждений многократно. Более того, в нескольких работах было продемонстировано и сохранение его различных функций.
Самыми интригующими были и остаются опыты японского криобиолога Исаму Суда. В 1966 Суда выпустил статью, где он утверждал, что смог детектировать электрическую активность в кошачьих мозгах после месяцев заморозки при -20°C. Вот выжимка с ЭЭГ из его работы:
А вот так выглядел прибор для перфузии:
В 1974 году Суда опубликовал свою следующую, куда более детальную работу. В ней он, в частности, показал, что даже после 7 лет заморозки при -20С кошачий мозг демонстрировал синхронизированную электрическую активность в течение нескольких часов после разморозки, хотя и худшего качества, чем у мозга, которые заморозке не подвергался. Также он сравнивал ЭЭГ «свежего» мозга и мозга после 5 дней хранения при -20С; их показатели были практически идентичны.
Тут надо обмолвиться, что воспроизвести результаты Суды пока никому не удалось, правда, детально повторить шаг за шагом всю его методологию никто и не пытался. Перед выходом на пенсию, Суда передал все свои материалы и лабораторные журналы Грегори Фэйи, и тот не увидел в них каких-либо признаков фальсификации.
При этом, Фэйи тоже проводил различные опыты по подбору оптимального протокола для криосохранения мозга. А в 2016 году он, совместно с коллегами из 21st Century Medicine, получил Small Mammal Brain Preservation Prize за технологию сохранения гистологической структуры мозга кролика. Правда, мозг этот был необратимо обработан (или зафиксирован) альдегидом, что делает невозможным его биологическое функционирование после разморозки, но это не отменяет важного значения этого достижения для криобиологии.
А задолго до этого, еще в 2006 году, Фэйи совместно с Юрием Пичугиным продемонстрировали, что при правильном подборе криопротектора и протокола витрификации, срезы крысиного мозго отлично сохраняются даже после -130°C: более 90% образцов сохраняли свою структуру и даже потенциал для электрической активности (измеряемый через пропорцию ионов натрия и калия по сравнению с контролем). А в 2007 году 21st Century Medicine объявила, что смогла подтвердить и саму электрическую активность в вышеуказанных срезах мозга. Правда, эти данные до сих пор не опубликованы.
В любом случае, исследования Фэйи и Пичугина помогли подобрать оптимальный состав криопротектора и протокол перфузии, которые сегодня применяются на криопациентах. Кстати, любой желающий может взглянуть на мозг некоторых из таких криопациентов, благо чудеса компьютерной томографии и ютюба сделали это возможным:
На этом срезе мы видим, что в замороженном мозге пациента практически нет льда, а сам он хорошо пропитан криопротектором:
Вот еще пара пациентов:
Возвращаясь же к опытам Суды — в 2016 году канадские ученые опубликовали еще более изумительные (если не сказать неправдоподобные) результаты. Они смогли детектировать электрическую активность в человеческих мозгах, хранившихся более 20 лет в формалине:
When Is the Brain Dead? Living-Like Electrophysiological Responses and Photon Emissions from…
The structure of the post-mortem human brain can be preserved by immersing the organ within a fixative solution. Once…journals.plos.org
Формалин — известный фиксатор тканей, широко применяющийся в биологии для хранения различных образцов, так как он необратимо фиксирует состояние тканей на клеточном уровне. Грубо говоря, он «склеивает» клетки, превращая их в желе. Ожидать, что обработанные таким образом ткани могут сохранять хоть какую-то биологическую функцию, не мог никто. Хотя бы потому, что обработанные формалином клеточные мембраны разрушаются и перестают перекачивать протоны, а это теоретически необходимо для передачи электрических импульсов. Поэтому к результатам канадцев почти все относятся с большим скепсисом. Но при этом считать эти данные фальсификацией поводов нет, поэтому было бы очень полезно, если бы кто-то из уважаемых криобиологов, особенно с опытом работы с тканями мозга, попытался их воспроизвести.
Почему так важны опыты, демонстрирующие способность мозга к восстановлению своих функций после краткосрочного или длительного перерыва в его работе (даже без заморозки)? Потому что они показывают, что крионика может сработать: ведь почти все нейробиологи соглашаются, что долговременная память, а значит и наша личность, закодирована в физических структурах мозга, а не в его электрической активности. Более того, электрическая активность мозга прекращается ниже +18°C, но это не несет каких-либо негативных последствий после восстановления гомеостаза. Это мы видим и на людях, перенесших глубокую гипотермию или операцию на мозге (источник1, источник2), и на экспериментальных животных — от нематод и хомяков до приматов.
Причем технология остановки мозговой деятельности с последующим восстановлением была неоднократно валидирована в десятках экспериментов на животных, и даже уже проходит клинические испытания на людях в США — я имею в виду исследование EPR CAT по вводу в анабиоз и охлаждении до 10°C пациентов с огнестрельными ранениями. Вот описание исследования в Пабмеде:
Emergency preservation and resuscitation for cardiac arrest from trauma. — PubMed — NCBI
Int J Surg. 2016 Sep;33(Pt B):209–212. doi: 10.1016/j.ijsu.2015.10.014. Epub 2015 Oct 20. Reviewwww.ncbi.nlm.nih.gov
А вот статья про него же в Нью-Йоркере:
Can Hypothermia Save Gunshot Victims?
Brandon Littlejohn was shot just after 11 P.M. on Saturday, April 23, 2011. The day had started out cold and rainy, but…www.newyorker.com
Вот другой врач-реаниматолог, использующий охлаждение для восстановления пострадавших от инфаркта. Кстати, он верит, что в будущем мы сможем восстанавливать пациентов через 12 или даже 24 часа после наступления «клинической смерти»:
Back from the Dead: Resuscitation Expert Says End Is Reversible — SPIEGEL ONLINE — International
At some point, everyone«s heart will stop. For most, this is when they begin to die. Doctors succeed in very few cases…www.spiegel.de
До применения на людях, технология анабиоза с охлаждением была обкатана на наших весьма близких родственниках — свиньях. У них откачивали всю кровь, заменяя соляным раствором, и понижая температуру их тела до 10°C. В общей сложности, более 200 свиней прошли эту процедуру с успешным восстановлением:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18404056
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16456447
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4166101/
До свиней, очень схожая технология была опробована на собаках:
Survival without brain damage after clinical death of 60–120 mins in dogs using suspended animation…
Crit Care Med. 2003 May;31(5):1523–31. Research Support, Non-U.S. Gov«t; Research Support, U.S. Gov«t, Non-P.H. S.www.ncbi.nlm.nih.gov
А звезда крионики, Майк Дарвин, даже смог довести интервал бескровного анабиоза до 5 часов. То есть собака 5 часов находилась полностью без крови, а потом полностью восстанавливалась, включая долговременную память — узнавая знакомых людей и откликаясь на команды. Причем это был не единичный эксперимент. Совместно с Джерри Лифом, Майк провел целую серию таких экспериментов по «полному обескровливанию»:
Alcor«s Pioneering Total Body Washout Experiments
In 1984, Alcor and Cryovita laboratoraties began a pioneering series of experiments to demonstrate that large animals…www.alcor.org
Также в 80-е был описан случай с кошкой, которая восстановилась после часа без сердцебиения, и это без всякого охлаждения.
Recovery of integrative central nervous function after one hour global cerebro-circulatory arrest…
J Neurol Sci. 1987 Feb;77(2–3):305–20.www.ncbi.nlm.nih.gov
Все эти данные позволяют нам полагать, что даже при задержке в несколько часов между наступлением клинической смерти и началом перфузии криопациента, у последнего остаются шансы на будущее восстановление мозговых функций. Во-первых, потому что даже без охлаждения необратимые изменения в мозге начинают происходить только через 1–2 часа, а некроз нейронов начинается лишь через 4–6. А во-вторых, потому что мозг — очень пластичный орган, который умеет восстанавливаться после серьезных повреждений.
Приведу несколько примеров такого восстановления.
Вот, например, американский сенатор Гэбриэль Гиффордс, которой в 2011 году навылет прострелили мозг, а через полгода она опять вернулась на работу в сенат. На левом фото она в больнице, а на правом через несколько лет прыгает с парашютом.
Или вот еще один случай успешного восстановления после простреленного мозга — Рейчел Барезински. Пуля прошла через весь мозг, но Рейчел выжила и восстановилась:
Более того, некоторым людям удаляют даже целое полушарие:
Hemispherectomy — Wikipedia
Hemispherectomy is a very rare surgical procedure in which one cerebral hemisphere (half of the brain) is removed…en.wikipedia.org
А некоторым даже больше:
И даже если другие части тела криопациента не будут подлежать восстановлению, то при сохранении мозга будет шанс восстановить его личность. Ведь опыты по пересадке головы были успешно проведены основоположниками трансплантологии, В.П. Демиховым и С.С. Брюхоненко, еще в 1930-е. На фото живая голова собаки, отделенная от тела:
Сохранилось и видео нескольких таких собак — и от Демихова, и от Брюхоненко:
Кстати, именно опыты Демихова положили начало пересадке почек и сердца, о чем говорил сам Кристиан Барнард — первый хирург, в успешно пересадивший человеческое сердце в 1967. Демихов также вдохновил и Роберта Вайта на пересадку головы макаки и другие исследования по пересадке мозга, в которых последний установил, что мозг не отторгается реципиентом, в отличие от других органов. Поэтому главная задача крионики — обеспечить максимальную сохранность мозга для будущей разморозки.
Так что там с разморозкой?
Сторонники крионики любят шутить, что по планете уже ходят тысячи размороженных криопациентов. Доля правды в этой шутке есть — просто заморожены эти криопациенты были еще эмбрионами. Так что можно утверждать, что на Земле живет уже более 10 000 «крионавтов», успешно перенесших заморозку, длительное хранение, и разморозку. Причем некоторые в этой заморозке находились годами:
Baby born from embryo frozen 20 years ago
Preserving embryos by freezing has become commonplace in fertility treatment to allow women to attempt multiple cycles…www.telegraph.co.uk
Эмбрион — это конечно здорово, но это всего 4 или 8 клеток. Нам известны и более значимые примеры. Например, женщинам, болеющим раком, удаляют яичники, чтобы уберечь их от химиотерапии, замораживают, а затем пересаживают обратно. И эти яичники функционируют: женщины, перенесшие эти процедуры, родили уже более 70 детей:
Ovarian tissue cryopreservation and transplantation: scientific implications
After fresh or frozen ovary transplantation, FSH levels return to normal, and menstrual cycles resume by 150 days…www.ncbi.nlm.nih.gov
К сожалению, пока криобиология не может похвастаться чем-то более существенным — например, восстановлением млекопитающего после температур ниже 0°C. Ходят слухи, что кто-то пытался сделать что-то подобное со свиньями, но подтвержденных данных пока нет.
Источники (помимо указанных в тексте):
