Терапевтическая гипотермия может спасать жизни и обеспечить межзвёздные путешествия

Экология познания. Наука и техника: Прорывы в области гипотермии тревожат общественность, и из-за этого служат камнем преткновения.

«Некоторые из них, бледные и изнурённые голодом, падали в обморок и умирали, растянувшись на снегу. Их видели идущими без чувств, не ведающими, куда они бредут. Когда они уже не могли продолжать идти, теряли силы тела и силы духа, они падали на колени. Их пульс был редким и незаметным; у некоторых дыхание было редким и слабо заметным, у других вырывалось в виде жалоб и стонов. Иногда глаза был открытыми, недвижными, пустыми, дикими, а мозг охватывал тихий бред».

Это изложение принадлежит французскому доктору Пьеру Жану Моришо-Бюпре [Pierre Jean Moricheau-Beaupré], написавшему «Трактат об эффектах и свойствах холода» в 1826 году — одно из самых полных первых описаний гипотермии, состояния, в котором температура тела опускается до опасно низких величин, ниже 35°C. Он писал о своём опыте отступления Наполеона из России в 1812 году, почти за 80 лет до того, как появился этот медицинский термин.

Название гипотермия происходит из греческого ὑπο, «снизу, под» и θέρμη, «тепло». Её симптомы зависят от степени падения температуры, но изначально в них входит дрожь, плохая координация, затруднение движений и дезориентация. В крайних случаях сильно замедляются сердечные сокращения, наступает ретроградная амнезия и замешательство. При дальнейшем падении жертвы могут принимать нерациональные решения, их речь может нарушаться. Известны случаи, когда по не очень понятным причинам они начинают снимать с себя одежду и искать убежище в замкнутых пространствах перед тем, как наступает смерть.

Однако сегодня это невыносимое состояние специально вызывается врачами с тем, чтобы замедлить метаболизм и дать пациентам выжить. После десятилетий научных споров гипотермия помогает останавливать враждебные явления, приводящие к смерти. Её терапевтическая ценность заключается в возможности замедлять физиологические потребности клеток; если замершим клеткам не требуется много кислорода и других питательных веществ во время или после травмы или остановки сердца, когда кровоток останавливается, у них уйдёт гораздо больше времени на то, чтобы разрушиться и умереть. Связь между гипотермией и анабиозом, состоянием с прекращением жизненных функций, которое, как надеются многие, поможет нам оставаться в живых в космосе годами на пути к Марсу и Земле-2, не случайна. Хотя точные механизмы её протекания сложны, гипотермия замедляет метаболизм, отдаляет разрушительные эффекты недостатка кислорода до тех пор, пока не вернётся нормальная циркуляция крови.

Новая область терапевтической гипотермии даже начинает переопределять границы жизни. В прошлом Рубиконом между жизнью и смертью было отсутствие сердцебиения. Позже мы узнали, что мозг в отсутствии пульса может некоторое время выживать, и людей, испытавших остановку сердца, вытаскивали, пока их мозг оставался нетронутым. Но без циркуляции мозг не может прожить очень долго.

В последние годы передовые методы гипотермического охлаждения справляются с замедлением мозговой активности до минимума, и отодвигают границы смерти далеко за пределы момента остановки сердца. Среди прочих преимуществ эти прорывы позволили исследователям расширить своё изучение опыта, связанного с кратковременной смертью, на основании отчётов людей, переживших длительные периоды остановки сердца, и вернувшихся назад. Также они вдохнули новую жизнь в исследование гибернации человека с целью использовать гипотермическое охлаждение для космонавтов, отправляющихся в межзвёздное пространство.

Терапия холодом сначала использовалась в качестве местной терапии. Самые ранние из документированных применений включают упоминания, найденные в папирусе Эдвина Смита. Это самый древний из известных медицинских текстов, датируемый 3500 годом до н.э., названный именем его владельца, купившего его у продавца в Люксоре в 1862 году. Он описывает, как египтяне использовали холод для лечения абсцессов. Позднее, в IV-V веках до н.э. в греческой медицинской школе Гиппократа предлагали помещать пациентов в снег для остановки кровотечений, судя по всему, через сужение сосудов. Но только в конце XVIII века Джеймс Кюри, врач из Ливерпуля, провёл самые ранние из известных экспериментов, связанных с гипотермией всего тела. Он погружал здоровых добровольцев, судя по всему, безответно преданных делу, в воду температурой в 6.5°C на срок до 45 минут в попытке найти способ помочь морякам, пострадавшим от холодной воды во время кораблекрушений. Его исследованиям сильно помогли улучшения в точности термометров.

После рассвета современной медицины, когда обученные доктора стали ставить диагнозы и лечить болезни на основе научных данных, всё поменялось. Старт исследованиям положили опыты американского нейрохирурга Темпл Фэя. Ещё когда он был студентом медицины в 1920-х, ему задали вопрос, почему рак с метастазами редко появляются в конечностях. Тогда у него не было ответа, но он отметил, что у конечностей человека температура бывает относительно низкой. Он гениально связал этот факт с открытием, сделанным им на своей ферме в Мэриленде — о том, что понижение температуры подавляет рост куриных зародышей. Он выдвинул гипотезу, что холод можно использовать для лечения и предотвращения роста рака. Это был момент озарения. К 1929 году он получил профессорскую степень в нейрохирургии в Университете Темпла в Филадельфии. Вскоре он начал использовать базовые методы охлаждения всего тела, обкладывая, к примеру, пациентов льдом, и разрабатывая различные методы местного охлаждения — включая грубые и большие по сегодняшним стандартам устройства, вставлявшиеся в череп.

Но его грубые методы вызывали критику и анархию в госпитале. Он использовал гигантские ванны льда — до 70 кг в одной — в операционных на периодах до 48 часов. Таяние приводило к постоянным подтоплениям, которые нужно было чем-то впитывать. Комнаты охлаждались через открытие окон, из-за чего не только пациенты, но и сотрудники подвергались воздействию местных ледяных ветров. Кроме того, в то время было довольно трудно точно измерить температуру тела пациента без соответствующих (обычно ректальных) термометров, разработанных специально для этих целей. Тогдашние термометры не были откалиброваны для измерения температур ниже 34°C. Из-за этого Фэй был чрезвычайно непопулярен среди медперсонала, и сотрудники один раз даже взбунтовались против его «сервиса по охлаждению людей».

Однако Фэй был гением. В одном из ранних отчётов он цитирует смертность в 11,2% случаев и успех в 95,7% случаев в области облегчения болей при помощи охлаждающей терапии. Что важно, эти эксперименты показали не только, что люди могут оставаться в гипотермическом состоянии, охлаждёнными до 32°C по нескольку дней, но и что их можно вывести из него с существенным улучшением их состояния.

К несчастью, события повернулись так внезапно и прискорбно, что его ранние отчёты попали в руки нацистов, и знания использовались в сотнях жестоких экспериментов, проводимых во время Второй Мировой войны. Заключённых заставляли погружаться в цистерны с ледяной водой, а в экспериментах использовался подход «подождём и посмотрим, что будет». Эти данные были объявлены ненаучными. Ассоциация с пытками замедлила последующие исследования на десятилетия. В то время существовало такое понятие, как «температурный барьер», согласно которому понижения температуры тела необходимо было избегать всеми средствами.

Только в середине 1980-х пионер анестезиологии Питер Сафар, родившийся в 1924 году в Вене, отважился проводить исследования по терапевтической гипотермии, несмотря на её плохую репутацию. Он работал в Питсбургском университете с собаками, и подтвердил, что после остановки сердца небольшая гипотермия мозга (33-36°C) значительно улучшала нейробиологический исход лечения и предотвращала повреждения мозга. Сафар успешно воскресил исследования гипотермии. Изобретённое им лечение называли «замедлением жизнедеятельности с целью отложенной реанимации».

Науку терапевтической гипотермии мотивировали исключительные истории пациентов, выживших после того, как они утонули в холодной воде. Взять, допустим, медицинскую практикантку Анну Багенхолм, испытавшую остановку сердца после несчастного случая во время катания на лыжах на севере Норвегии в 1999-м. Она выжила, находившись в ледяной воде под коркой льда в течение 80 минут, и несколько часов провела без пульса перед тем, как у неё возобновилось сердцебиение.

После наступления нового тысячелетия Джозеф Варон, сегодня — глава отделения интенсивной терапии в больничной системе центрального университета Хьюстона, отправил терапевтическую гипотермию к новым высотам. В 2005 году человека, отдыхавшего в отпуске, самолётом везли из Мексики в Хьюстон после того, как он утонул. Варон рассказал мне: «Я летел вместе с ним в Хьюстон. Парень был мёртв уже пару часов. Они восстановили работу сердца, и мы в результате смогли охладить его и не просто вернуть к жизни мозг — он ещё и выздоровел». Об этом случае рассказали в журнале Resuscitation. «Когда папа Римский Иоанн Павел II пережил остановку сердца в том же году, меня попросили слетать в Ватикан и охладить его».

Варон, среди своих известный, как «доктор Мороз», как и Фэй, изначально испытывал скептическое отношение со стороны медперсонала. «Когда я начинал заниматься этим в Хьюстоне, я использовал очень много льда. Температура в комнате падала чрезвычайно сильно», — сказал он. Уже скоро он использовал гипотермию для защиты пациентов от повреждения мозга в результате различных травм, включая остановку сердца, инфаркт и отказ печени. Его пациентов регулярно охлаждают до низких температур, вплоть до 32°C — и на срок вплоть до 11 дней. В 2014 году он использовал гипотермию, чтобы спасти себя самого после инфаркта. «Первое, что пришло мне в голову, это: охладите меня!» — сказал мне Варон.

Со временем его техника улучшилась. Сегодня Варон использует множество разнообразных устройств для применения как локальной гипотермии, так и охлаждения всего тела, обычно для понижения температуры пациентов до 32°C во время восстановления от остановки сердца, после того, как их сердце снова запустилось. В этой технологии используются машины с гидрогелевыми подушками, с циркулирующей в них холодной водой для охлаждения пациентов, механизмы биологической обратной связи для контроля температуры, компьютеризированный катетер, вставляемый в ногу и позволяющий пациенту охлаждаться и оставаться в сознании — ключевой момент для точной оценки нейробиологических параметров.

Более того, в некоторых случаях, связанных с тяжёлыми травмами, от, допустим, огнестрельного или холодного оружия, пациентов ждут чрезвычайные клинические испытания. Их охлаждают до 10°C, часто, когда у них уже нет пульса или дыхания. Да, получается, что врачи охлаждают «мёртвых» — с тем, чтобы спасти их жизнь.

Охлаждение может продлить чрезвычайно короткий в иных случаях временной промежуток, во время которого пострадавшим можно оказать необходимую хирургическую помощь, особенно в целях предотвращения потери крови. Примечательные испытания под названием сохранение и реанимация в чрезвычайных ситуациях [Emergency Preservation and Resuscitation, EPR] проходит в Питтсбурге и Балтиморе в тех местах, где наблюдается наибольшее количество травм, полученных от огнестрельного и холодного оружия. EPR используется как последнее средство, когда стандартные методы реанимации не работают, и у жертвы остаётся 5% шанс на выживание. В процедуру входит замена крови пациента на циркулирующий по телу охлаждающий физраствор, предотвращающий кислородное голодание клеток и тканей. При его использовании у пациентов может снова забиться сердце после отсутствия пульса вплоть до одного часа. Цель эксперимента — сравнить 10 пациентов, прошедших EPR, с 10 теми, кто его не прошёл, и увидеть, влияет ли оно на выживаемость. Официальные результаты пока не разглашаются.

Но Сэмуэль Тишерман, руководящий испытаниями, чрезвычайно оптимистичен. Он давно уже пытается выйти за границы возможного, и работал с Сафаром над анабиозом в 1980-х, когда учился в медицинской школе. Теперь его подопытных регулярно охлаждают от нормальной температуры в 37°C до ошеломительных 10°C в течение 20 минут. Тишерман поясняет: «Нам нужно делать это быстро, поскольку у человека уже пропал пульс; сама идея состоит в том, чтобы уменьшить потребность тела в кислороде». В частности, необходимо охладить сердце и мозг, поскольку эти органы более других подвержены кислородному голоданию. Охладившись, пациента без пульса и кровяного давления перемещают в операционную. Наконец, в таких экстремальных условиях хирург пытается устранить источники потери крове и исправить остальные травмы. После этого пациента медленно нагревают. «Мы надеемся, что после нагрева у них начнёт биться сердце», — сказал Тишерман.

На вопрос по поводу текущего прогресса в экспериментах, связанных с такими проблемами, Тишерман задумался, а затем с негромким смешком сказал: «Мы этим занимаемся. Это уже прогресс!» Нужно будет подождать формальных результатов клинических испытаний, но, кажется, критическая веха уже близко.

Гипотермию, кроме медицинской помощи смертельно больным, когда-нибудь смогут использовать для того, с чем большинство из нас познакомилось в научно-фантастической литературе — для анабиоза. Идея получила толчок в 1960-х годах, во время космической гонки между СССР и США, и недавно воскресла в виде, известном сегодня, как торпор [оцепенение, характерное для впадающих в спячку животных / прим. перев.]. Торпор предполагает множество преимуществ для длительных космических путешествий. Он может предотвратить медицинские проблемы, включая атрофию мускулов и потерю костной ткани, которые, как известно, происходят во время длительного пребывания в невесомости. Кроме подобных превентивных мер её можно использовать и в психологических целях. Потеря сознания предотвращает излишний стресс и излишнюю скуку, которая может прийти вместе с месяцами космических путешествий в замкнутом пространстве, не говоря уже о межличностных конфликтах, которые наверняка возникнут в малой команде за такой длительный период.

Такие предприятия, как SpaceWorks из Атланты, получают новое финансирование от агентств вроде НАСА для программ типа «Инновационные передовые концепции», исследующих анабиоз у человека. Инновационный подход SpaceWorks упирает на огромную экономию в еде, переработке мусора, хранении и требованиям к пространству, которые в иных случаях будут оказывать огромное влияние на массу судна и стоимость миссии. «Мы преподнесли им реалистичную идею и показали денежные преимущества и всю математику», — сказал Дуглас Толк, директор департамента хирургических услуг военно-морской базы в Лимуре, шт. Калифорния. Он работает над эти проектом для SpaceWorks с 2013 года. Он сказал мне: «Я врач, и огромный фанат НФ — а это идеальное объединение для этих миров!»

Текущий план SpaceWorks включает в себя краткосрочный период торпора, в который космические путешественники входят с периодом в две недели, с уменьшением метаболизма на 7% на каждый градус цельсия. «Нам известно, что многие млекопитающие способны на спячку, поэтому у нас нет вопроса „могут ли млекопитающие впадать в спячку?“, — сказал Толк. — У нас есть вопрос: Можем ли мы вызвать её у людей, и как? Мы знаем, что способны на это в краткосрочных периодах, и у нас даже есть исследования, показывающие, что мы можем продлить её на две недели». Толк говорит о случае, произошедшем в Китае в 2008-м, когда женщину в коме после аневризмы охлаждали 14 дней подряд, чтобы предотвратить дальнейшие повреждения мозга и ускорить выздоровление. Удивительно, но она полностью выздоровела.

Существует чёткая концепция пути от наших сегодняшних знаний о гипотермическом стазисе во время путешествия к Марсу. Толк сказал, что это путешествие должно начинаться на лунной станции, куда «космонавты будут отправляться, чтобы поближе познакомиться с торпором и узнать, чего ожидать от впадания в спячку и выхода из неё». SpaceWorks планирует поддерживать жизнь космонавтов при помощи хирургически внедрённого внутривенного устройства, «медипорта», похожего на то, что используется сегодня для химиотерапии у пациентов, больных раком. Также у них будут пищеводные трубки, идущие прямо в желудок, для кормления. «У этих приспособлений крайне малая степень побочных эффектов. Когда команда пройдёт все проверки, она отправится в модуль для стазиса, ляжет в кроватки и подключит свои системы мониторинга и кормления. А затем мы уменьшим температуру в помещении. Инициировать торпор мы будем не так, как это делают в больницах, при помощи седативных препаратов. Мы будем использовать фармацевтические средства, понижающие температуру тела до 32°C и замедляющие метаболизм».

Создание таких средств — основная цель Толка и его коллег. Они уже достигли успеха со свиньями, который, по его словам, был ключевым, поскольку «впервые что-то похожее на спячку было получено при помощи фармакологии у млекопитающих, ей не подверженных». После тренировки на Луне члены команды будут по очереди входить и выходить из стазиса, так, чтобы кто-то всегда бодрствовал и мог наблюдать за безопасностью остальных.

Изменение природы сна в пространстве и времени может изменить и человеческую природу. Появление возможности включения «спячки по требованию» может означать, что мы переросли наши внутренние циркадные ритмы, привязанные к таким элементам космоса, как день и ночь. Наши генетические основы диктуют биологию, привязанную к ритмам вращения Земли. Такая настройка необходима для регулирования расписания сна, принятия пищи, выделения гормонов, кровяного давления и температуры тела. Эти ритмы — одна из основных частей нашей человечности. Если гипотермическая спячка замедляет метаболические процессы и подавляет наши ритмичные биологические потребности, может ли она, к примеру, отсрочить эффекты старения? Смогут ли путешественники на Марс восполнить время, потраченное на гибернацию в долгих вояжах туда и обратно? Или, если представить себе отдалённое будущее, могут ли исследователи звёзд вернуться на Землю через сотни и тысячи лет после того, как убыли с неё?

Толк не был уверен, перевернёт ли человеческая спячка циркадные потребности с ног на голову, но сказал, что возможно найти фундаментальный, генетический переключатель спячки у людей. «Передовые исследования говорят о наличии такого переключателя, как HIT (hibernation-inducing trigger), — сказал он. — Это некий химикат, подготавливающий тело и включающий спячку вместе с возможностью переносить это состояние. Я думаю, что где-то в нашем ДНК есть способность включать спячку, и что эта возможность была утеряна в процессе эволюции».

Ещё один вызов нашей идентичности может поступить от расширения границ жизни. Когда-то смерть определялась остановкой сердца. Когда сердце останавливалось, человека больше не было. Затем мы расширили понятие до «смерти мозга» — отсутствие мозговых волн означает точку невозврата. Теперь гипотермические пациенты демонстрируют одновременно смерть сердца и мозга, однако их реанимируют, что снова расширяет границы жизни.

Возьмём норвежскую больницу, где лечили Багенхолм после её несчастного случая на лыжах в 1999-м. До её поступления все пациенты с гипотермией и отсутствием пульса умирали — процент выживания был нулевым. Однако когда в больнице поняли, что у пациентов мозговая активность может сохраняться часы, и, возможно, даже дни после остановки сердца, они начали применять более агрессивные попытки реанимации, и увеличили выживаемость до 38%. 

Чрезвычайные случаи пациентов, поступавших в замёрзшем состоянии, изменили наш подход к смерти. В 2011-м году 55-летний человека с остановкой сердца привезли в госпиталь Эмори в Атланте, и привели в гипотермическое состояние для защиты мозга. После неврологического обследования доктора объявили о смерти его мозга, и через 24 часа его привезли в операционную для извлечения органов. Однако согласно отчёту в журнале Critical Care Medicine затем доктора зафиксировали у него роговичные и кашлевые рефлексы и спонтанное дыхание. Хотя надежды на его реанимацию не было, и оживить его не удалось, такие случаи бросают тень сомнения на давно устоявшиеся неврологические тесты, до сих пор использующиеся для определения времени смерти.

Ещё более необычные перспективы рисуют пациенты, которых вернули к жизни при помощи новых техник. Один из самых удивительных случаев описал Сэм Парния, директор реаниматологических исследований в медицинской школе Лэнгона в Нью-Йорке. Парния исследовал реанимацию через гипотермию не только для спасения пациентов, но и для поиска ответы на глубокие вопросы: когда смерть бывает окончательной и бесповоротной? Что мы чувствуем на той стороне смерти? Когда останавливается работа сознания? Его последние работы говорит о том, что сознание живёт многие минуты после остановки сердца — и его можно задержать, охлаждая мозг, замедляя смерть клеток и давая шанс докторам обратить процесс вспять и вытащить пациента обратно. Исследования Парнии, многие из которых были улучшены благодаря гипотермии, показывают, что умирающий мозг находится в «спокойном, умиротворённом состоянии»; согласно собранных с годами отчётам, многие пациенты описывают ощущение доброжелательного яркого света.

Прорывы в области гипотермии тревожат общественность, и из-за этого служат камнем преткновения. Часть сопротивляющихся им людей прагматична: терапевтическая гипотермия увеличивает риск понижения свёртываемости крови и повреждения тканей от недостатка кислорода, что приводило к смерти многих жертв ненамеренной гипотермии. Эти симптомы известны, как «смертельная триада». Поэтому согласия в том, как именно работать с этой техникой, пока нет, говорит Варон. «Споры о температуре и продолжительности будут идти и далее. Каждый человек особенный, поэтому нельзя найти какой-то рецепт, подходящий для всех», — сказал он.

С самого начала своих экспериментов по EPR Тишерман борется со стойкой критикой со стороны медиков. Особенно его коллег волнует невозможность крови свёртываться в таких экстремально холодных условиях, и эту проблему для пациентов, рискующих умереть от травм и потери крови, сложно переоценить. И всё же Тишерман возражает, что его пациенты и так уже подвержены высокому риску умереть. «Их шанс выжить составляет 5%, — говорит он, — так что отчего бы не попробовать что-то новое?»

Другая критика связана с неврологическими последствиями. Что, если пациент переживёт огнестрельную или колотую рану благодаря EPR, но получит необратимое повреждение мозга из-за длительного отсутствия кислорода? «Такая проблема присутствует при любой остановке сердца, есть там травма, или нет, — говорит Тишерман. — Если у вас остановилось сердце, то неважно, участвуете вы в испытаниях EPR, или нет — есть шанс, что вы выживете, но получите значительные повреждения мозга, и это риск есть вне зависимости от охлаждения. Мы пока не знаем, увеличивает или уменьшает этот риск то, чем мы занимаемся». Он описывает эту проблему как вопрос выживания. «Часто пациенты реанимации просыпаются и живут, и с ними всё в порядке, или они просто не живут. Нам это неизвестно. Да, риск есть. Они умирают, и нам нужно работать над тем, чтобы они выжили и очнулись».

Работа идёт быстро. Продвижения в области гипотермии ставят вопрос об определении природы человека, раздвигая границы сознания и смерти, и могут приблизить наше посещение иных миров. На извилистой дороге, то заходящей в труднопроходимые места, то возвращающейся на равнину, у гипотермии постоянно открываются и разрабатываются новые терапевтические преимущества. Моришо-Бюпре был бы восхищён.  опубликовано econet.ru  Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet