Николай Амосов - Записки из будущего. Роман
Газообмен. Ткани потребляют кислород и выделяют углекислоту, а легкие наоборот. Объем и соотношение газов определяются интенсивностью обмена и соотношение» сжигаемых питательных продуктов — белков, жиров или углеводов. Для оптимальной функции клеток нужно, чтобы парциальное давление газов в тканях, а следовательно, и в крови капилляров колебалось в довольно ограниченных пределах (O2 от 100 до 40 мм р. ст.), в которых действуют окислительные ферменты. В условиях анабиоза обмен газов между организмом и средой должен осуществляться аппаратом «сердце — легкие» (АИК), перекачивающим чистую или разведенную плазмой кровь. Производительность искусственного сердца и газообмен в оксигенаторе (искусственные легкие) должны обеспечивать нормальные парциальные давления кислорода и углекислоты в тканях. Если брать чистую кровь, то производительность АИК можно снижать пропорционально уменьшению обмена веществ, то есть при температуре 5o — приблизительно в 15-20 раз. Для взрослого это около 200 мл/мин. Однако цельная кровь едва ли пригодна для циркуляции при низких температурах, так как она обладает высокой вязкостью. Кроме того, замечено, что ввиду низкой скорости движения эритроциты склеиваются друг с другом и задерживаются в капиллярах. Поэтому при низкой температуре целесообразно разводить кровь плазмой или даже использовать чистую плазму. Правда, при этом нужно значительно повысить объемную скорость циркуляции, но это не представляет особой проблемы. Дело в том, что в настоящее время нет такого идеального АИК, который бы не разрушал эритроцитов при длительной работе. Гемоглобин выходит в плазму крови и делает ее токсичной. Переход на чистую плазму исключает эту опасность.
За последнее время выявились новые возможности введения кислорода в организм — путем помещения в камеру с высоким давлением. Доля растворенного в плазме кислорода повышается пропорционально увеличению парциального давления. Поэтому можно отказаться от гемоглобина, применив плазму, и даже при этом уменьшить производительность насоса. Кроме того, при высоком давлении до 25 % необходимого кислорода проникает прямо через кожу. При низкой температуре удельный вес ножного дыхания еще более возрастает — вплоть до полного обеспечения кислородом. Правда, при этом возникает опасность, что поверхностные ткани будут перенасыщены кислородом и могут от этого пострадать, а глубокие будут в условиях гипоксии. Самое же главное, что введение таким образом кислорода не обеспечивает одновременного удаления углекислоты. Поэтому основным средством газообмена тканей при анабиозе остается кровообращение с использованием плазмы. Давление в камере будет различно — в зависимости от условий охлаждения и нагревания, скорости циркуляции и уровня температуры. Можно предполагать, что при давлении 0,5 атм и использовании чистой плазмы понадобится скорость циркуляции порядка 0,5 л/мин. Однако нужно учесть, что при низкой производительности очень трудно обеспечить равномерное прохождение крови по всем тканям. При малом объеме и низком давлении может иметь место вредная централизация, когда кровь будет циркулировать только по некоторым магистральным сосудам, а в «закоулки» организма не проникнет. Поэтому возможно, что оптимальным режимом кровообращения будет прерывистая работа АИК с производительностью 2-3 л/мин. — как агрегат холодильника: промоет организм и остановится. Такой пульсирующий ток, возможно, будет более выгодным еще и потому, что будет выполнять механическую функцию массажа тканей.
По всей вероятности, на втором месте по важности после газообмена стоит водно-солевой баланс и кислотно-щелочное равновесие. Вода и соли вводятся в организм через пищеварительный тракт и выводятся почками. Количество анионов и катионов должно быть в определенном соотношении, чтобы поддерживать постоянство рН. Правда, на последнее влияет также образование СО2 в тканях и выделение его легкими. В условиях анабиоза эту функцию должен взять на себя аппарат искусственной почки, работающий на принципе простого диализа. Изменяя состав жидкости, омывающей диализатор, можно поддерживать нужный уровень солей, рН и общий объем воды в организме.
Рассчитывать при этом на собственные почки не приходится, так как при низком давлении в артериальной системе их функция будет резко понижена. Но небольшая функция все-таки нужна, чтобы почечные канальцы систематически промывались мочой. Это тоже довод в пользу прерывистого режима АИК, когда в артериальной системе на короткое время можно создать нормальное давление.
Кроме этих функций, искусственная почка будет выделять мочевину, конечный продукт азотистого обмена белков. Аппарат ИП будет работать периодически, видимо, не чаще, чем раз в 4-6 часов, или даже реже.
Для поддержания энергетического баланса организма и для построения его новых структур взамен разрушающихся в процессе обмена нужны питательные вещества. Это белки, жиры, углеводы и витамины. Надеяться на сохранение деятельности пищеварительного тракта не приходится, поэтому все эти продукты придется вводить непосредственно в кровеносное русло. В практике медицины давно применяется введение глюкозы, но уже освоено введение эмульгированного жира и аминокислот. Весь набор витаминов также имеется в растворах. Наконец, нужно учесть, что значительную часть полезных продуктов организм будет получать в свежей плазме, которую придется добавлять, по всей вероятности, каждый день. В ней содержатся редкие элементы, гормоны, аминокислоты, другие важные факторы, многие из которых еще не известны. Необходимое количество питательных продуктов будет незначительным, если учесть, что обмен снизится в двадцать-тридцать раз.
Обычно в организме всегда образуется некоторое количество токсических продуктов, которые обезвреживаются в печени. Функция ее при анабиозе может резко понизиться. Поэтому, возможно, потребуется периодически полный обмен плазмы. Кроме того, в последние годы успешно разрабатываются аппараты типа «искусственной печени», способные поглощать высокомолекулярные токсические азотистые продукты.
Итак, теоретически вполне возможно поддерживать анабиоз, обеспечивая для клеток необходимую внешнюю среду, которая даст им питательные вещества и уберет продукты распада.
Однако есть много частных вопросов и технических деталей, которые требуют обсуждения и постановки опытов. Сейчас даже трудно все их предвидеть. Остановимся на некоторых.
Профилактика перерастяжения сердца. Как уже упоминалось, сердце остановится во время охлаждения при температуре что-то около 15o. Вернее, сначала оно начнет фибриллировать и только потом остановится совсем. В период нагревания, возвращения к жизни процесс пойдет в обратном направлении — сначала появится фибрилляция, которая будет все усиливаться, и при температуре, близкой к нормальной, возможно, восстановится правильный сердечный ритм. Чаще всего для этого приходится прибегать к искусственной дефибрилляции коротким разрядом тока высокого напряжения. В период остановки сердца полости его дряблы и могут переполняться кровью (или плазмой), если имеются небольшие неплотности аортального клапана. Перерастянутое сердце запустить невозможно. Для профилактики этого придется прибегать к дренированию полости левого желудочна с помощью тонкой трубки, которую можно провести из полой вены и правого предсердия через искусственно сделанное отверстие в межпредсердной перегородке. Методика проведения дренажа с целью измерения давления в предсердии применяется в клинике.
