Искусственная гибернация или анабиоз человека. Гипотермические состояния

Что такое гибернация, впервые стало известно еще в 70-х годах прошлого века. Метод разработан специально для того, чтобы предотвратить наступление тяжелой стадии шока, развивающейся на фоне травм и заболеваний.

Понятие искусственной гибернации ввел французский патофизиолог А. Лабори.

Что значит гибернация

Термин «гибернация» в переводе с латинского означает «зимняя спячка». Искусственная гибернация вызывается применением лекарственных препаратов, блокирующих активность нейроэндокринной системы. Проводится искусственная гибернация в условиях действия чрезвычайных повреждающих факторов с целью защиты от их воздействия организма пострадавшего. Такими повреждающими факторами являются тяжелые травмы, ожоги, инфекционные заболевания, обширный инфаркт миокарда и так далее.

А. Лабори все проявления реакции организма на тяжелое повреждение разделил на три группы синдромов:

• первичный синдром - результат непосредственного воздействия на организм того или иного фактора;
• синдром реакции - ответ организма на воздействие внешнего фактора; активизируется действие нейроэндокринной системы с выделением большого количества нейромедиаторов (адреналина, гистамина, серотонина), активизирующих защитные силы организма с целью компенсации повреждающего действия внешнего фактора;
• вторичный синдром повреждения - нарушения, связанные с длительным существованием синдрома реакции - происходит истощение компенсаторных возможностей организма, организм отказывается от борьбы, кровеносные сосуды теряют сократительную способность, падает артериальное давление, наступает тяжелая стадия шока, которая приводит к гибели пострадавшего.

Для того чтобы избежать наступления тяжелой стадии шока, А. Лабори предложил вводить пострадавшего в такое состояние, при котором интенсивность синдрома реакции будет значительно снижена. Это позволит организму пережить период наибольшего внешнего воздействия и через определенный период времени восстановить нарушенного равновесие.

Как проводится гибернация

Состояния гибернации можно достичь, замедлив обменные процессы в организме и подавив нейроэндокринные реакции. А так во всех этих процессах большое значение имеет присутствие нейромедиаторов (веществ, с помощью которых передается нервное возбуждение), именно на них и оказывается основное воздействие. Так, нейромедиатор адреналин повышает обмен веществ, а нейромедиатор ацетилхолин его снижает. Поэтому для проведения гибернации необходимы лекарственные препараты, подавляющие секрецию адреналина и стимулирующие секрецию ацетилхолина. Снижению обмена веществ также способствует снижение температуры тела (искусственная гипотермия).

Достичь состояния гибернации можно при помощи лекарственных препаратов из группы нейролептиков (А. Лабори рекомендовал для этой цели аминазин) - они вызывают у человека особое состояние, получившее название нейроплегии.

Нейроплегия обеспечивает стабильное состояние покоя нейроэндокринной системе и поддержание нормального, но сниженного по интенсивности обмена веществ, несмотря на тяжесть агрессии, которой подвергается организм.

Кроме нейролептиков для проведения искусственной гибернации используются антигистаминные (подавляют выделение гистамина), симпатолитические (подавляют выделение адреналина) и обезболивающие препараты. Эти препараты вводятся в виде смесей, получивших название литических коктейлей. Взаимное потенцирование (усиление) действия компонентов коктейля позволяет применять их в небольших дозах в виде дробного, постепенного, но непрерывного введения. При длительной гибернации состав коктейлей ежедневно меняют для того, чтобы избежать привыкания.

Сон и гибернация - отличия

В состоянии гибернации глаза больного могут быть открыты, зрачки сужены, но хорошо реагируют на свет (расширяются в темноте и суживаются на свету). Кожа сухая, теплая, естественного цвета. Пульс слегка ускорен (до 90-100 ударов в минуту), артериальное давление понижено по сравнению с индивидуальной нормой пострадавшего. Если не применяется специальное охлаждение организма (искусственная гипотермия), температура тела снижается незначительно (до 36˚ и немного ниже).

Слово «гибернация» у наших современников ассоциируется в первую очередь с компьютером. Так называется один из режимов работы компьютерной операционной системы – нечто среднее между выключением и ждущим режимом. По-английски это так и называется – Hibernation, в русскоязычной же версии Windows до недавнего времени именовалось «спящим режимом», но начиная с версии Windows Vista, для обозначения его используется то же слово – гибернация.

Чем хороша гибернация? При переходе на такой режим содержимое оперативной памяти не теряется, а записывается на жёсткий диск, после этого электропитание можно отключить: содержимое никуда не денется! Когда вы включите компьютер, не придётся долго ждать инициализации драйверов (да и при уходе в гибернацию не приходится долго ждать их закрытия, как это бывает при выключении), приложения, которые были запущены на момент ухода в спящий режим, запустятся снова, и даже несохранённые документы будут целы.

Конечно, режиму гибернации присущи и некоторые недостатки – например, она требует немалого объёма дискового пространства, и если такового не хватает, этот режим может оказаться недоступным. Но в целом – весьма удобная функция, особенно для тех, кто не любит ждать или не имеет на это времени. Только надо иметь в виду, что держать компьютер на таком режиме месяцами нельзя, из-за этого могут возникать сбои в системе, так что хотя бы раз в неделю не ограничивайтесь гибернацией, а делайте выключение.

Техника техникой, а ведь это слово пришло в компьютерный лексикон из… биологии.

В биологии гибернация иначе называется зимней спячкой (собственно, латинское слово hibernatia как раз и означает «зимовка»). Это приостановка жизненных процессов у животных при наступлении неблагоприятных условий: мороз, отсутствие пищи. Тяжелее всего пережить именно бескормицу, вот организм и «переходит на режим», когда питание не нужно (совсем как компьютеру в «спящем режиме» не так ли?) – обмен веществ замедлен до предела. Такое состояние достижимо только при полной неподвижности и снижении температуры тела. Поскольку обменные процессы с участием кислорода идут намного медленнее и не так интенсивно, как обычно, поэтому потребление его снижается, замедляется и сердцебиение животного. Проявляя активность, животное в таком состоянии и двух недель бы не протянуло, но в оцепенении оно так может пребывать не один месяц.

Когда речь заходит о зимней спячке, прежде всего, вспоминают о бурых медведях – обитателях наших лесов. Как раз у бурого медведя все процессы, связанные со спячкой, не особенно ярко выражены. Например, температура тела у мишек во время спячки снижается всего-навсего до 31 градуса (при норме 37) и при выходе из этого состояния довольно быстро повышается до нормы, так что биологи даже не считают состояние, в которое впадают медведи зимой, гибернацией в настоящем смысле.

Иное дело – грызуны и насекомоядные. Например, у ежей во время гибернации температура тела снижается до 1,8 градуса. У сурков этот показатель несколько выше – 10 градусов, но сердцебиение замедляется до 5 ударов в минуту, а дыхание – до одного вдоха в 2-3 минуты.

Наряду с гибернацией существует и другая сезонная спячка – летняя, она называется эстивацией. Эстивация присуща тем животным, для которых наиболее неблагоприятные условия наступают в самое жаркое время года – т.е. обитателям пустыни, например, африканским земляным белкам. Более того, животное может впадать в спячку и при внезапном наступлении неблагоприятных условий. Например, люди, которым доводилось держать дома сурка, замечали, что зверёк на короткое время впадает в спячку после того, как его мыли, подстригали ему когти или просто помещали в незнакомую обстановку.

Гибернация может быть и искусственной. Основоположником такого метода лечения был французский физиолог А.Лабори. Он обратил внимание на то, что в шоковом состоянии организм пытается восстановить нарушенный гомеостаз (устойчивое внутреннее равновесие), истощает силы в этой борьбе, и тогда наступает фаза декомпенсированного шока – попытки восстановить гомеостаз прекращаются, и в самых тяжёлых случаях организм погибает. Значит, надо сделать гомеостаз таким, чтобы его поддержание не требовало больших усилий, тогда организм получит возможность основные силы бросить на устранение повреждений… но ведь именно таким бывает гомеостаз при зимней спячке у животных! И вот – с помощью специальных препаратов человека погружают в состояние, напоминающее зимнюю спячку животных – при этом организму легче перенести кислородное голодание, шок и другие тяжёлые состояния.

Вот так человек учится у природы – и в области медицины, и в области компьютерных технологий!

К гипотермическим относятся состояния, характеризующиеся понижением температуры тела ниже нормы. В основе их развития лежит расстройство механизмов терморегуляции, обеспечивающих оптимальный тепловой режим организма. Различают охлаждение организма (собственно гипотермию) и управляемую (искусственную) гипотермию, или медицинскую гибернацию.

Гипотермия

Гипотермия - типовая форма расстройства теплового обмена - возникает в результате действия на организм низкой температуры внешней среды и/или значительного снижения теплопродукции в нём.

Гипотермия характеризуется нарушением (срывом) механизмов теплорегуляции и проявляется снижением температуры тела ниже нормы.

Этиология

Причины развития охлаждения организма многообразны.

Низкая температура внешней среды (воды, воздуха, окружающих предметов и др.) - наиболее частая причина гипотермии. Важно, что развитие гипотермии возможно не только при отрицательной (ниже 0 °C), но и при положительной внешней температуре. Показано, что снижение температуры тела (в прямой кишке) до 25 °C уже опасно для жизни; до 20 °C, - как правило, необратимо; до 17–18 °C - обычно смертельно.

Показательна статистика смертности от охлаждения. Гипотермия и смерть человека при охлаждении наблюдается при температуре воздуха от +10 °C до 0 °C примерно в 18%; от 0 °C до –4 °C в 31%; от –5 °C до –12 °C в 30%; от –13 °C до –25 °C в 17%; от –26 °C до –43 °C в 4%. Видно, что максимальный показатель смертности при переохлаждении находится в интервале температуры воздуха от +10 °C до –12 °C. Следовательно, человек в условиях существования на Земле, постоянно находится в потенциальной опасности охлаждения.

Обширные параличи мышц и/или уменьшение их массы (например, при их гипотрофии или дистрофии). Это может быть вызвано травмой либо деструкцией (например, постишемической, в результате сирингомиелии или других патологических процессов) спинного мозга, повреждением нервных стволов, иннервирующих поперечно‑полосатую мускулатуру, а также некоторыми другими факторами (например, дефицитом Ca 2+ в мышцах, миорелаксантами).

Нарушение обмена веществ и/или снижение эффективности экзотермических процессов метаболизма. Такие состояния могут развиваться при надпочечниковой недостаточности, ведущей (помимо прочих изменений) к дефициту в организме катехоламинов; при выраженных гипотиреоидных состояниях; при травмах и дистрофических процессах в области центров симпатической нервной системы гипоталамуса.

Крайняя степень истощения организма.

В трёх последних случаях гипотермия развивается при условии пониженной внешней температуры.

Факторы риска охлаждения организма.

Повышенная влажность воздуха. Это значительно снижает его теплоизоляционные свойства и увеличивает тепловые потери, в основном, путём проведения и конвекции.

Высокая скорость движения воздуха. Ветер способствует быстрому охлаждению организма в связи с уменьшением теплоизоляционных свойств воздуха

Повышенная влажность одежды или её намокание. Это уменьшает её теплоизоляционные свойства.

Попадание в холодную воду. Вода примерно в 4 раза более теплоёмка и в 25 раз более теплопроводна, чем воздух. В связи с этим замерзание в воде может наблюдаться при сравнительно высокой температуре: при температуре воды +15 °C человек сохраняет жизнеспособность не более 6 ч., при +1 °C - примерно 0,5 часа. Интенсивная потеря тепла происходит в основном путём конвекции и проведения.

Длительное голодание, физическое переутомление, алкогольное опьянение, а также при различные заболеванияе, травмы и экстремальные состояния. Эти и ряд других факторов снижают резистентность организма к охлаждению.

Виды острого охлаждения

В зависимости от времени наступления смерти человека при действии холода выделяют три вида острого охлаждения, вызывающего гипотермию:

Острое , при котором человек погибает в течение первых 60 мин (при пребывании в воде при температуре от 0 °C до +10 °C или под действием влажного холодного ветра).

Подострое , при котором смерть наблюдается до истечения четвёртого часа нахождения в условиях холодного влажного воздуха и ветра.

Медленное , когда смерть наступает после четвёртого часа воздействия холодного воздуха (ветра) даже при наличии одежды или защиты тела от ветра.

Патогенез гипотермии

Развитие гипотермии - процесс стадийный. В основе её формирования лежит более или менее длительное перенапряжение и, в конце концов, срыв механизмов терморегуляции организма. В связи с этим при гипотермии различают две стадии её развития: 1) компенсации (адаптации) и 2) декомпенсации (деадаптации). Некоторые авторы выделяют финальную стадию гипотермии - замерзание.

Стадия компенсации

Стадия компенсации характеризуется активацией экстренных адаптивных реакций, направленных на уменьшение теплоотдачи и увеличение теплопродукции.

Механизм развития стадии компенсации включает:

† изменение поведения индивида, направленное на уход из условий, в которых действует низкая температура окружающей среды (например, уход из холодного помещения, использование тёплой одежды, обогревателей и т.п.).

† снижение эффективности теплоотдачи достигается благодаря уменьшению и прекращению потоотделения, сужению артериальных сосудов кожи и мышц, в связи с чем в них значительно уменьшается кровообращение.

† активацию теплопродукции за счёт увеличения кровотока во внутренних органах и повышения мышечного сократительного термогенеза.

† включение стрессорной реакции (возбуждённое состояние пострадавшего, повышение электрической активности центров терморегуляции, увеличение секреции либеринов в нейронах гипоталамуса, в аденоцитах гипофиза - АКТГ и ТТГ, в мозговом веществе надпочечников - катехоламинов, а в их коре - кортикостероидов, в щитовидной железе - тиреоидных гормонов.

Благодаря комплексу указанных изменений температура тела хотя и понижается, но ещё не выходит за рамки нижней границы нормы. Температурный гомеостаз организма сохраняется.

Указанные выше изменения существенно модифицируют функцию органов и физиологических систем организма: развивается тахикардия, возрастают АД и сердечный выброс, увеличивается частота дыханий, нарастает число эритроцитов в крови.

Эти и некоторые другие изменения создают условия для активации метаболических реакций, о чём свидетельствует снижение содержания гликогена в печени и мышцах, увеличение ГПК и ВЖК, возрастание потребления тканями кислорода.

Интенсификация метаболических процессов сочетается с повышенным выделением энергии в виде тепла и препятствует охлаждению организма.

Если причинный фактор продолжает действовать, то компенсаторные реакции могут стать недостаточными. При этом снижается температура не только покровных тканей организма, но и его внутренних органов, в том числе и мозга. Последнее ведёт к расстройствам центральных механизмов терморегуляции, дискоординации и неэффективности процессов теплопродукции - развиваются их декомпенсация.

Стадия декомпенсации

Стадия декомпенсации (деадаптация) процессов терморегуляции является результатом срыва центральных механизмов регуляции теплового обмена (рис. 6–12).

Рис. 6–12. Основные патогенные факторы гипотермии на стадии декомпенсации системы терморегуляции организма.

На стадии декомпенсации температура тела падает ниже нормального уровня (в прямой кишке она снижается до 35 °C и ниже) и продолжает снижаться далее. Температурный гомеостаз организма нарушается: организм становится пойкилотермным.

Причина развития стадии декомпенсации: нарастающее угнетение деятельности корковых и подкорковых структур головного мозга, включая центры терморегуляции. Последнее обусловливает неэффективность реакций теплопродукции и продолжающуюся потерю тепла организмом.

Патогенез

† Нарушение механизмов нейроэндокринной регуляции обмена веществ и функционирования тканей, органов и их систем.

† Дезорганизация функций тканей и органов.

† Угнетение метаболических процессов в тканях. Степень расстройств функции и обмена веществ прямо зависит от степени и длительности снижения температуры тела.

Проявления

† Расстройства кровообращения:

‡ уменьшение сердечного выброса как за счёт уменьшения силы сокращения, так и за счёт ЧСС - до 40 в минуту;

‡ снижение АД,

‡ нарастание вязкости крови.

† Нарушения микроциркуляции (вплоть до развития стаза):

‡ замедление кровотока в сосудах микроциркуляторного русла,

‡ увеличение тока крови по артериоло-венулярным шунтам,

‡ значительное снижение кровенаполнения капилляров.

† Повышение проницаемости стенок микрососудов для неорганических и органических соединений. Это является результатом нарушения кровообращения в тканях, образования и высвобождения в них БАВ, развития гипоксии и ацидоза. Увеличение проницаемости стенок сосудов приводит к потере из крови белка, главным образом альбумина (гипоальбуминемия). Жидкость выходит из сосудистого русла в ткани.

† Развитие отёка. В связи с этим ещё более повышается вязкость крови, что усугубляет расстройства микроциркуляции и способствует развитию сладжа, тромбов.

† Локальные очаги ишемии в тканях и органах являются следствием указанных изменений.

† Дискоординация и декомпенсация функций и метаболизма в тканях и органах (брадикардия, сменяющаяся эпизодами тахикардии; аритмии сердца, артериальная гипотензия, снижение сердечного выброса, уменьшение частоты до 8–10 в минуту и глубины дыхательных движений; прекращение холодовой мышечной дрожи, снижение напряжения кислорода в тканях, падение его потребления в клетках, уменьшение в печени и мышцах содержания гликогена).

† Смешанная гипоксия:

‡ циркуляторная (в результате снижения сердечного выброса, нарушения тока крови в сосудах микроциркуляторного русла),

‡ дыхательная (в связи со снижением объёма лёгочной вентиляции),

‡ кровяная (в результате сгущения крови, адгезии, агрегации и лизиса эритроцитов, нарушения диссоциации HbO 2 в тканях;

‡ тканевая (вследствие холодового подавления активности и повреждения ферментов тканевого дыхания).

† Нарастающие ацидоз, дисбаланс ионов в клетках и в межклеточной жидкости.

† Подавление метаболизма, снижение потребления тканями кислорода, нарушение энергетического обеспечения клеток.

† Формирование порочных кругов, потенцирующих развитие гипотермии и расстройств жизнедеятельности организма (рис. 6–13).

Рис. 6–13. Основные порочные круги на стадии декомпенсации системы терморегуляции при гипотермии.

‡ Метаболический порочный круг . Снижение температуры тканей в сочетании с гипоксией тормозит протекание метаболических реакций. Известно, что уменьшение температуры тела на 10 °C снижает скорость биохимических реакций в 2–3 раза (эта закономерность описывается как температурный коэффициент вант Хоффа - Q 10). Подавление интенсивности метаболизма сопровождается уменьшением выделения свободной энергии в виде тепла. В результате температура тела ещё более снижается, что дополнительно подавляет интенсивность метаболизма и т.д.

‡ Сосудистый порочный круг . Нарастающее снижение температуры тела при охлаждении сопровождается расширением артериальных сосудов (по нейромиопаралитическому механизму) кожи, слизистых оболочек, подкожной клетчатки. Этот феномен наблюдается при температуре тела, равной 33–30 °C. Расширение сосудов кожи и приток к ним тёплой крови от органов и тканей ускоряет процесс потери организмом тепла. В результате температура тела ещё более снижается, ещё в большей мере расширяются сосуды, теряется тепло и т.д.

‡ Нервно ‑мышечный порочный круг . Прогрессирующая гипотермия обусловливает снижение возбудимости нервных центров, в том числе контролирующих тонус и сокращение мышц. В результате этого выключается такой мощный механизм теплопродукции как мышечный сократительный термогенез. В результате температура тела интенсивно снижается, что ещё более подавляет нервно‑мышечную возбудимость, миогенный термогенез и т.д.

‡ В патогенез гипотермии могут включаться и другие порочные круги, потенцирующие её развитие.

† Углубление гипотермии вызывает торможение функций вначале корковых, а в последующем и подкорковых нервных центров. В связи с этим у пациентов развивается гиподинамия, апатия и сонливость, которые могут завершиться комой. В связи с этим нередко в качестве отдельного этапа гипотермии выделяют стадии гипотермического «сна» или комы.

† При выходе организма из гипотермического состояния в последующем у пострадавших нередко развиваются воспалительные процессы - пневмония, плеврит, острое респираторные заболевания, цистит и др. Указанные и другие состояния являются результатом снижения эффективности системы ИБН. Нередко выявляются признаки трофических расстройств, психозов, невротических состояний, психастении.

При нарастании действия охлаждающего фактора наступает замерзание и смерть организма.

† Непосредственные причины смерти при глубокой гипотермии: прекращение сердечной деятельности и остановка дыхания. Как первое, так и второе в большей мере являются результатом холодовой депрессии сосудодвигательного и дыхательного бульбарных центров.

† Причиной прекращения сократительной функции сердца является развитие фибрилляции (чаще) или его асистолия (реже).

† При преимущественном охлаждении области позвоночника (в условиях длительного нахождения в холодной воде или на льду) смерти нередко предшествует коллапс. Его развитие является результатом холодового угнетения спинальных сосудистых центров.

† Гибель организма при гипотермии наступает, как правило, при снижении ректальной температуры ниже 25–20 °C.

† У погибших в условиях гипотермии обнаруживают признаки венозного полнокровия сосудов внутренних органов, головного и спинного мозга; мелко‑ и крупноочаговые кровоизлияния в них; отёк лёгких; истощение запасов гликогена в печени, скелетных мышцах, миокарде.

Принципы лечения и профилактики гипотермии

Лечение гипотермии строится с учётом степени снижения температуры тела и выраженности расстройств жизнедеятельности организма.

На стадии компенсации пострадавшие нуждаются главным образом в прекращении внешнего охлаждения и согревании тела (в тёплой ванне, грелками, сухой тёплой одеждой, тёплым питьём). Температура тела и жизнедеятельность организма при этом обычно нормализуется самостоятельно, поскольку механизмы теплорегуляции сохранены.

На стадии декомпенсации гипотермии необходимо проведение интенсивной комплексной врачебной помощи. Она базируется на трех принципах: этиотропном, патогенетическом и симптоматическом.

Этиотропный принцип включает:

Меры по прекращению действия охлаждающего фактора и согревание организма. Пострадавшего немедленно переводят в тёплое помещение, переодевают и согревают. Наиболее эффективно согревание в ванне (с погружением всего тела). При этом необходимо избегать согревания головы из‑за опасности усугубления гипоксии мозга (в связи с усилением обмена веществ в нём в условиях ограниченной доставки кислорода).

Активное согревание тела прекращают при температуре в прямой кишке 33–34 °C во избежание развития гипертермического состояния. Последнее вполне вероятно, поскольку у пострадавшего ещё не восстановлена адекватная функция системы теплорегуляции организма. Согревание целесообразно проводить в условиях поверхностного наркоза, миорелаксации и ИВЛ. Это позволяет устранить защитные реакции организма, в данном случае излишние, на холод (в частности ригидность мышц, их дрожь) и снизить тем самым потребление кислорода, а также уменьшить явления тканевой гипоксии. Согревание даёт больший эффект, если - наряду с наружным - применяют способы согревания внутренних органов и тканей (через прямую кишку, желудок, лёгкие).

Патогенетический принцип включает:

Восстановление эффективного кровообращения и дыхания. С этой целью необходимо освободить дыхательные пути (от слизи, запавшего языка) и провести вспомогательную или ИВЛ воздухом либо газовыми смесями с повышенным содержанием кислорода. Если при этом не восстанавливается деятельность сердца, то выполняют его непрямой массаж, а при возможности - дефибрилляцию. При этом необходимо помнить, что дефибрилляция сердца при температуре тела ниже 29 °C может быть неэффективной.

Коррекция КЩР, баланса ионов и жидкости. С этой целью применяют сбалансированные солевые и буферные растворы (например, гидрокарбоната натрия), растворы полиглюкина и реополиглюкина.

Устранение дефицита глюкозы в организме. Это достигается путём введения её растворов разной концентрации в сочетании с инсулином, а также витаминами.

При кровопотере переливают кровь, плазму и плазмозаменители.

Симптоматическое лечение направлено на устранение изменений в организме, усугубляющих состояние пострадавшего. В связи с этим:

Применяют средства, предотвращающие отёк мозга, лёгких и других органов;

Устраняют артериальную гипотензию,

Нормализуют диурез,

Устраняют сильную головную боль;

При наличии отморожений, осложнений и сопутствующих болезней проводят их лечение.

Профилактика охлаждения организма и гипотермии включает комплекс мероприятий.

Использование сухой тёплой одежды и обуви.

Правильная организация труда и отдыха в холодное время года.

Организация обогревательных пунктов, обеспечение горячим питанием.

Медицинский контроль за участниками зимних военных действий, учений, спортивных соревнований.

Запрещение приёма алкоголя перед длительным пребыванием на холоде.

Большое значение имеют закаливание организма и акклиматизация человека к условиям окружающей среды.

Медицинская гибернация

Управляемая (искусственная) гипотермия применяется в медицине в двух разновидностях: общей и местной.

Общая управляемая гипотермия

Область применения

Выполнение операций в условиях значительного снижения или даже временного прекращения кровообращения. Это получило название операций на так называемых «сухих» органах: сердце, мозге и некоторых других.

Наиболее широко общая искусственная гибернация используется при операциях на сердце для устранения дефектов его клапанов и стенок, а также на крупных сосудах, что требует остановки кровотока.

Преимущества

Существенное возрастание устойчивости и выживаемости клеток и тканей в условиях гипоксии при сниженной температуре. Это даёт возможность отключить орган от кровоснабжения на несколько минут с последующим восстановлением его жизнедеятельности и адекватного функционирования.

Диапазон температуры

† Обычно используют гипотермию со снижением ректальной температуры до 30–28 °C. При необходимости длительных манипуляций создают более глубокую гипотермию с использованием аппарата искусственного кровообращения, миорелаксантов, ингибиторов метаболизма и других воздействий. При проведении продолжительных операций (несколько десятков минут) на «сухих» органах выполняют «глубокую» гипотермию (ниже 28 °C), применяют аппараты искусственного кровообращения и дыхания, а также специальные схемы введения ЛС и средств для наркоза.

† Наиболее часто для общего охлаждения организма применяют жидкость с температурой +2–12 °C, циркулирующую в специальных «холодовых» костюмах, одеваемых на пациентов или в «холодовых» одеялах, которыми их укрывают. Дополнительно используют также ёмкости со льдом и воздушное охлаждение кожных покровов пациента.

Медикаментозная подготовка

С целью устранения или снижения выраженности адаптивных реакций организма в ответ на снижение его температуры, а также для выключения стресс‑реакции непосредственно перед началом охлаждения пациенту дают общий наркоз, вводят нейроплегические вещества, миорелаксанты в различных комбинациях и дозах. В совокупности указанные воздействия обеспечивают значительное снижение обмена веществ в клетках, потребления ими кислорода, образования углекислоты и метаболитов, предотвращают нарушения КЩР, дисбаланса ионов и воды в тканях.

Эффекты медицинской гибернации

При гипотермии 30–28 °C (в прямой кишке)

† не наблюдается жизненно опасных изменений функции коры головного мозга и рефлекторной деятельности нервной системы;

† снижается возбудимость, проводимость и автоматизм миокарда;

† развивается синусовая брадикардия,

† уменьшаются ударный и минутный выбросы сердца,

† понижается АД,

† снижается функциональная активность и уровень метаболизма в органах и тканях.

Локальная управляемая гипотермия

Локальная управляемая гипотермия отдельных органов или тканей (головного мозга, почек, желудка, печени, предстательной железы и др.) применяется при необходимости проведения оперативных вмешательств или других лечебных манипуляций на них: коррекции кровотока, пластических процессов, обмена веществ, эффективности ЛС и др

Фантасты давно освоили эту тему — «консервация» экипажа в длительных рейсах к другим звёздам или внешним планетам Солнечной системы. А теперь и специалисты космической отрасли понемногу «готовят почву» для претворения таких фантазий в реальность.

Вариантов «консервации» предлагалось множество — от заморозки тел до разных шуток с пространством-временем.

Первое оставим пока в стороне — до сих пор непонятно, как гарантированно сохранить человека живым после такой процедуры, ведь замёрзшая вода разрывает клетки.

Различные химические «антиобледенители» — это пока из области экспериментов.

«Непонятно что», происходящее с кораблём и экипажем в результате действия каких-нибудь «антиплюсбетаионостатов» — также оставим пока фантастам.

Но вот есть ещё один способ «консервации», который куда ближе к реальности. Гибернация — глубокий-глубокий сон с многократным замедлением обмена веществ.

По замыслу сторонников такой технологии, этот сон должен быть похож на зимнюю спячку медведей. Сон длительный, однако, вовсе не приводящий к необратимым изменениям организма.

Европейское космическое агентство (European Space Agency) работает в этом направлении.

Астронавт ESA Ваббо Окелс (Wubbo Ockels) демонстрирует специальный «космический» спальный мешок (фото с сайта space.com).

По его заказу ряд европейских учёных из разных университетов занимается изучением гибернации и способов введения в такое состояние людей.

Один из таких учёных — Марко Биджиоджера (Marco Biggiogera) из итальянского университета Павии (Universita di Pavia).

Недавно он и его коллеги подобрали вещество под названием DADLE (в чём-то сходное по структуре с опиумом), которое оказывает на субклеточные процессы удивительное действие.

Хорошо медведям — их сон запрограммирован генами, но что делать с людьми? Вводить им специальный препарат и заставлять их «спать» не просто как мы спим, с изменением ритмов мозга, но спать на клеточном уровне.

Оказалось, DADLE резко замедляет копирование генетического материала и процессы считывания кода — что является ключом к синтезу белков и жизни клетки.

В результате клетка переходит в состояние глубокого сна с замедлением собственного обмена веществ.

Процесс этот обратимый и не имеет, насколько сейчас видно, побочных эффектов.

Пока итальянские биологи «плотно» работали с клеточными культурами, но недавно перешли на крыс. Результаты этих опытов должны быть готовы к концу 2004 года.

Трудности перехода от клеток к животным и к человеку — очевидны. Чем более сложный организм, тем сложнее просчитать все эффекты столь необычной технологии «суперсна».

Human Outer Planets Exploration Callisto — американская концепция корабля для полёта людей в систему Юпитера (иллюстрация с сайта space.com).

Но начало обнадёживает. А когда же человечество сможет применить эти открытия на практике?

Ещё в 2002 году NASA прорабатывало концепцию гигантского корабля Human Outer Planets Exploration (HOPE) Callisto.

Это были лишь самые общие наброски, показавшие, что, теоретически, реально отправить шестерых людей в пятилетний полёт на Каллисто, одну из лун Юпитера, включая 30 дней пребывания на её поверхности.

Такой рейс мог бы стать реальностью где-нибудь после 2045 года.

Европейские эксперты подчеркнули, что именно для такого полёта и было бы разумно использовать гибернацию. В то время как сравнительно короткий рейс к Марсу такого усложнения миссии не оправдает.

Однако представители американского аэрокосмического агентства сказали, что в настоящее время их подразделение космической медицины не занимается изучением длительного бездействия организмов.

Так или иначе, ко второй половине века подобная техника может развиться в нечто материальное. ESA мечтает о специальных спальных капсулах на борту межпланетного корабля, где автоматика поддерживала бы необходимые параметры среды и контролировала состояние спящих людей.

Кстати, такой полёт ставит особые требования к надёжности корабля и его способности автоматически реагировать на нештатные ситуации, типа пожара.

Но разве с нынешним темпом развития электроники и робототехники это будет проблемой?

Учёные неплохо изучили, что происходит в мозге человека во время нормального сна. Но что случится с ним, если он будет спать два-три года? (фото с сайта lboro.ac.uk).

Зато сколько выгоды: для глубоко спящих людей нужно меньше кислорода, воды, на всю экспедицию (включая активную часть) меньше пищи, сами помещения корабля могут быть меньше.

Вчера в прокат вышла научно-фантастическая драма «Пассажиры» о том, как герои Криса Пратта и Дженнифер Лоуренс неожиданно просыпаются в космосе. Мы посмотрели фильм и задали много глупых вопросов специалисту по ракетно-космической технике.

Мы уже не раз обращались за помощью к специалистам: обсуждали с , а с психологами — . Настало время серьёзных вопросов от лириков физикам. Тем более «Пассажиры» заставляют подумать не просто о героях и их сложных взаимоотношениях, но и о месте действия картины. Всё же у нас научная фантастика, небывалый космический корабль и бескрайний космос.

Все вопросы (а их получилось 11) мы адресовали специалисту по испытаниям и эксплуатации ракетно-космической техники. Из-за грифа секретности мы не можем разглашать его имя и показывать фотографию — за него у нас на картинке будет прекрасный Майкл Шин. Но это совсем не помешало нам наконец-то узнать: а выжили бы в космосе герои в реальной жизни?

Сразу оговоримся (об этом нас попросил наш гость), фильм — научная фантастика, а потому в своих вопросах и ответах мы опирались на существующую реальность и только теоретически на то, что будет через сотни лет. Неизвестно, как повернёт прогресс.

ВНИМАНИЕ, СПОЙЛЕРЫ!!!

1.

Во время движения космический корабль попадает в пояс астероидов, для защиты корабля автопилот принимает решение перебросить энергию на усиление защитного поля.

Вопрос: Возможен ли в рамках единой системы корабля (электрическая сеть, единый компьютерный центр) такой переброс энергии?

Ответ: Как я понимаю, речь идет о неком новом корабле. Не тех, которые летают сейчас. Отсюда можно сделать заключение — нет ничего невозможного. На практике у корабля есть несколько систем жизнеобеспечения и его работоспособности. Они могут работать как отдельно, так и вместе. Когда некоторые системы на время отключаются или уменьшается их активность, то вся энергия задействуется для какой-то одной цели.

2.

Во время прохождения пояса астероидов что-то идёт не так, в сети происходит замыкание, и одна из гибернетических капсул выходит из строя — человек просыпается.

Вопрос: Возможно ли, что сбой в общей сети характеризуется неполадками какой-то одной системы? Возможно ли в рамках одного космического корабля изолировать некоторые электрические сети, чтобы они не подвергались такой атаке?

Ответ: Как я уже сказал, на корабле функционируют несколько систем. В принципе все они зачастую действительно управляются единым блоком системы управления (правда, с тройной защитой). Возможно, что выйдет из строя какая-то одна из систем в общей схеме. Тогда, если она не является основной, такая система может исключиться из общей схемы, и корабль будет функционировать дальше.

Изолировать сети возможно. Ведь общая сеть и состоит из различных систем, которые эту сеть образуют. И как я уже написал выше, возможно эту систему изолировать. Причем это может происходить как с Земли, так и в автоматическом режиме с корабля.

3.

Главный герой живёт на корабле один. Он пытается получить доступ в закрытую кабину с автопилотом и капсулами команды корабля, в том числе ломая дверь молотом и работая со сваркой.

Вопрос: Можно ли пользоваться сваркой внутри космического корабля?

Ответ: Сваркой абсолютно точно можно пользоваться в открытом космосе. Ещё в Советском Союзе были подобные эксперименты, которые увенчались успехом. А сейчас, я думаю, и подавно. А если говорить про корабль, внутри его помещений — вполне возможен и такой вариант. При соблюдении техники безопасности.

4.

Герой пытается связаться с Землёй — расчёт компьютера говорит, что сообщение до Земли дойдёт за 30 лет, а обратно за 45.

Вопрос: Это реальные цифры? Как вообще передаётся информация в космосе?

Ответ: Взаимосвязь между расстоянием и связью, а, следовательно, задержкой связи очень проста. Связь в космосе стандартно распространяется по радиоволнам определенной частоты. Скорость распространения радиоволн ограничивается скоростью света. То есть, считаем, что сигнал распространяется со скоростью света. Чем дальше объекты друг от друга, тем дольше этот сигнал идет. С Земли до МКС относительно всего космоса задержки почти не заметны. А если несколько десятков световых лет, то сигнал туда-обратно может идти столетиями. Причем качество сигнала может зависеть от расстояния, антенн, условий приема и передачи.

5.

Для того, чтобы взломать капсулу гибернации особого труда не надо — герой находит инструкцию для всех механизмов корабля в свободном доступе.

Вопрос: Кто составляет инструкции, и кто на космодроме или на корабле может получить доступ к ним?

Ответ: Инструкции составляют разработчики систем. Чтобы пользоваться кораблем или его отдельными системами, надо знать как это делать. Разработчик (конструктор) отдельной системы или корабля в целом при разработке «железа» и во время его отработки пишет эти самые инструкции. Как хранить, как обслуживать, как эксплуатировать, необходимые действия при возникновении нештатных ситуаций и т. д.

Про доступ — сложный вопрос. Если ты попал на космодром или корабль, то это уже означает, что у тебя есть доступ. Ты уже имеешь право. Единственное, наверное, что может служить преградой, так это форма допуска к секретным сведениям. Если у инструкции гриф «СС», а у тебя допуск только к «С», получить такую инструкцию просто так невозможно.

А на корабле простому пассажиру, не члену экипажа, получить инструкцию невозможно — они должны храниться в закрытом доступе: в специальной комнате, доступ к которой имеет только экипаж. Значит и в фильме инструкции, по идее, должны были храниться за такими же закрытыми дверьми, как и сами члены экипажа.

Отсюда начинаются прямо СПОЙЛЕРЫ-СПОЙЛЕРЫ! Мы вас предупредили!

6.

Герою удаётся взломать компьютер капсулы гибернации и разбудить девушку.

Вопрос: Как одновременно у капсулы может быть свои компьютерные и электрические сети (когда он будил её — больше никто не проснулся), и они при этом связаны воедино с бортовым компьютером?

Ответ: Я думаю, такое возможно. На данный момент у большинства систем зачастую несколько способов управления. Варианты могут быть такие: 1. с местной панели, 2. с пульта дистанционного управления, 3. с пульта управления, не входящего в состав нашей системы. Единственно, что стандартно, — управление ведётся только с одного места, и, чтобы перейти с одного на другое, надо снять определенные блокировки, получить разрешения и т. д. Таким образом, система защищена от возможных ошибок в управлении.

Так что есть вероятность, что на каждой капсуле есть свой компьютер и что он связан с общим бортовым компьютером, тогда при снятии ряда блокировок возможно перейти на управление только с местного компа и открыть капсулу.

7.

В какой-то момент кораблю становится «хуже» — выходят из строя одна за другой системы, роботы «сходят с ума», просыпается ещё один человек — член экипажа.

Вопрос: Может ли единовременный сбой в системе привести к последующим системным ошибкам, которые могут затронуть все системы корабля?

Ответ: Конечно, может. Тут два варианта: выход из строя одной из систем не приведет к поломке остальных или запустится цепная реакция, которая повлечёт за собой выход из строя всех систем. Конечно же, надо учитывать масштаб проблемы, как она влияет на работоспособность. Очень важно, какой блок или модуль системы управления затронут.

8.

Во время поиска причины поломки корабля герои обнаруживают изолированную комнату, в которой пробита дыра, и есть выход в открытый космос. Они пытаются закрыть эту дыру планшетом.

Вопрос: Если бы в корабле реально была «пробоина», может ли он лететь дальше? С какой скоростью (теоретически) героев может затягивать в эту дыру? И можно ли её закрыть планшетом?

Ответ: В принципе, может. Происходит герметизация данного отсека, и корабль летит дальше. Но это может привести к проблемам в управлении с кораблем, он может начать отклонятся от курса, терять скорость. Системы корабля должны, по идее, пытаться это компенсировать. Отсюда новые проблемы в расходе топлива и энергии.

По поводу дыры. Если дыра в отсеке, который герметизирован от всего корабля, то считаем, что в отсеке уже вакуум, как и в открытом космосе. Но если есть перепад давления (происходит разгерметизация комнаты при открытии двери), то они должны вылететь через эту дыру как пробки.

Планшет вряд ли может обеспечить требуемую герметизацию отсека и выравнивание давления в нём.

9.

Астероид, который сделал эту пробоину, также пробил основной компьютер, что и приводит к системным ошибкам. Основной компьютер почему-то размещён в соседней комнате от реактора корабля.

Вопрос: Как вообще такие важные вещи могут стоять рядом, при том, что компьютер должен быть в охлаждённом состоянии, а реактор горячий. Или это неважно?

Возможен ли вообще запуск космического корабля на атомной энергии?

Ответ: В условиях маленьких размеров и ограниченного пространства, а так обычно на корабле и бывает, возможно все. Но желательно, чтобы разработчик при проектировании корабля продумывал все нюансы: взаимное влияние систем и оборудования друг на друга и т. д. Возможно, у проектировщиков «Авалона» не было других вариантов, а, может быть, так и было задумано. Сложно комментировать такое.

По поводу запуска корабля на атомной энергии — мне кажется, я где-то слышал, что уже велись и ведутся подобные разработки в России. А уж за границей, мне кажется, и подавно. Ведь одна из проблем при дальних перелетах в космосе — это запас энергии, источники её получения. Чем больше корабль, чем больше у него систем, тем больше энергии для его обеспечения требуется. И не всегда это можно решить солнечной энергией. Поэтому корабль на атомном реакторе возможен. Я бы даже сказал, что для подобных целей (перелёт на другую планету) без него не обойтись.

10.

Потом герои понимают, что системная ошибка довела до того, что реактор не может выбросить энергию, охладиться. Для его охлаждения необходимо воздействие снаружи корабля — причём, когда герой добирается до места, он понимает, что это можно сделать только вручную. В итоге он оказывается прямо в центре выброса энергии из реактора.

Вопрос: Реально ли выжить после такого?

Ответ: Ну если это ядерный реактор, как я понимаю, скопившееся пары и прочие отходы работы реатора обладают высокой радиоактивностью. Это как Чернобыль. Не знаю, как он мог выжить. Он должен был отхватить большую дозу радиации. Хотя не знаю, что у них за реакторы в будущем.

11.

У корабля очень красивый двигатель — светящийся круг.

Вопрос: Как связаны реактор и двигатель? Почему он тоже светится? Радиоактивный?

Ответ: Неизвестно, какое конкретно взаимодействие реактора и двигателя там применено, но двигатель точно работает за счёт энергии, вырабатываемой реактором. Свечение у двигателя можно трактовать как угодно. Начиная от вырывающихся реактивных газов, нагретых в реакторе, и заканчивая банальной подсветкой, всего лишь показывающей, что в данный момент корабль двигается.