Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно понижается. В этот период опасность замерзания при внезапном похолодании или выпадении снега велика.
Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высокие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рассматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.
Где находят применение анабиоз и зимняя спячка — эти патенты природы?
Можно ли сохранять «запасные части» для нормальной жизнедеятельности?
В последние десятилетия в хирургической практике все чаще стали применять (различные виды трансплантации (пересадок) для замены больных тканей у человека (кровеносных сосудов, крови, костного мозга, кожи, роговицы глаза, кости и др.) и даже целых органов (почек, поджелудочной железы, селезенки, печени, сердца и др.). Для того чтобы в нужный момент обеспечить необходимые ткани или органы, сначала рассчитывали на людей-доноров (дающих кровь или костный мозг), а чаще уповали на случай: вдруг окажется под рукой внезапно скончавшийся в результате катастрофы человек, у которого можно взять необходимые здоровые органы. Но на такие случаи трудно рассчитывать. Бесспорно, значительно удобнее и практичнее иметь в наличии для неотложной пересадки хранящиеся в течение известного периода времени необходимые ткани или органы. Это заставило ученых вспомнить о патентах природы — способности многих видов организмов впадать в анабиотическое состояние.
В этом отношении первые успехи были достигнуты довольно давно, при сохранении в течение длительного времени при низкой температуре мужских половых клеток (сперматозоидов), с целью использовать их для искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, а ныне это применяется и в повседневной практике медицины (на этих интересных проблемах мы остановимся в следующих главах).
В 1951 г. профессор Б. Лайет сообщил, что ему удалось заморозить, кроме сперматозоидов, еще и ряд других биологических объектов. Наибольший интерес представляют его опыты по замораживанию при температуре -150 °C красных клеток крови (эритроцитов) и сердца зародыша цыпленка. При быстром замораживании и быстром размораживании ученому удалось сохранить до 75 % эритроцитов. В результате мгновенного воздействия при температуре -150 °C на сердце зародыша цыпленка и последовавшего затем размораживания при температуре +40 °C было установлено, что сердечная деятельность постепенно восстанавливается.
В 1958 г. французскому ученому Луи Рею удалось с помощью жидкого азота заморозить сердце зародыша цыпленка до -196 °C, причем перед этим его помещали в глицерин. Через некоторое время сердце стали согревать, и при температуре 37 °C оно начало сокращаться.
За последние десятилетия в клинической практике резко возросла потребность в донорской крови. Во многих странах мира созданы специальные центры, откуда можно в любое время получить кровь нужной группы крови и в необходимом количестве. Но сохранить жизнеспособность крови — дело совсем непростое. Уже к концу первой недели кровь доноров портится, даже если ее сохраняют в холодильнике. Тогда ученые решили прибегнуть к помощи глубокого замораживания. На сравнительно просто устроенных безъядерных клетках крови — эритроцитах, как на модели, изучались процессы, происходящие при замораживании и размораживании. Выяснилось, что не все эритроциты остаются живыми после размораживания. Оказалось, что у них есть смертельные враги — кристаллики льда, образующиеся при температуре от -3 °C до — 40 °C, из-за которых клетки крови повреждаются и становятся биологически неполноценными.
Группа советских ученых разработала целый ряд методов эффективного замораживания и размораживания эритроцитной массы. Рентгеноструктурный анализ помог установить, что чем быстрее осуществляется охлаждение эритроцитной массы, тем меньше размеры образующихся кристалликов льда и, следовательно, меньше повреждение эритроцитов. Надежным защитником от льда-разрушителя оказался глицерин. Если эритроцитную массу погрузить в раствор глицерина, его молекулы проникают в эритроциты и образуют связи с молекулами воды, которые значительно прочнее, чем связи между молекулами воды между собой. Именно это препятствует быстрому росту правильной кристаллической решетки льда. Удалось установить, что один из лучших методов заключается в том, чтобы эритроциты, помещенные в раствор, содержавший 10–12 % глицерина, охлаждались бы с помощью жидкого азота до -196 °C за 1–2 мин, а размораживание осуществлялось за 40 с водой, подогретой до +45 °C. Как выяснилось, более быстрое размораживание приводило к повреждению эритроцитов, ибо «врывающаяся» в эритроцит растаявшая вода в этом случае играла разрушительную роль. Оказалось, что методы, разработанные советскими учеными, сохраняют неповрежденными 85–95 % замороженных эритроцитов, а их основные показатели в день размораживания почти re же, что и в день замораживания. В результате многочисленных опытов удалось выявить одно исключительно важное обстоятельство — продолжительность хранения практически не влияет на число эритроцитов, полностью восстанавливающих свои функции после размораживания. Профессор В. А. Аграненко и профессор Ф. Р. Виноград-Финкель вместе с группой своих сотрудников исследовали эритроциты, хранившиеся на протяжении 5 лет при температуре -70 °C, и установили, что все это время замороженные с помощью холода эритроциты сохраняли все свои биологические свойства.
Размороженная эритроцитная масса имеет ряд преимуществ перед донорской цельной кровью, в которую обязательно добавляют консерванты, отнюдь не безвредные для организма. В большинстве случаев после переливания размороженных, хорошо промытых эритроцитов у больных не наблюдалось отрицательных реакций, часто возникающих даже после переливания свежей крови доноров. Кроме того, эритроцитная масса не содержит плазмы крови, а именно в ней развиваются вирусы инфекционного гепатита — тяжелого заболевания, печени, часто поражающего людей, которым перелили натуральную кровь доноров. Если возбудитель гепатита останется на поверхности эритроцитов, то при их промывании коварный вирус удаляется вместе с белковыми фракциями плазмы, лейкоцитами и тромбоцитами, к которым также чувствительны многие больные. Благодаря этим достоинствам размороженной эритроцитной массы хирурги используют ее при операциях с искусственным кровообращением.
В сентябре 1979 г. на советско-американском симпозиуме по проблемам переливания крови в Бетезде (США) профессор В. П. Осипов в своем докладе от имени сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института клинической и экспериментальной хирургии сообщил о результатах использования размороженной эротроцитной массы для заполнения аппарата искусственного кровообращения во время операции. Опыт возглавляемой им лаборатории подтвердил, что и в этом случае размороженные эритроциты переносят кислород не хуже, чем эритроциты натуральной крови доноров, не вызывая при этом обычных осложнений. Весьма важно и другое наблюдение: промытые эритроциты, попавшие в организм больного, практически не изменяют свертываемость крови, а это крайне важно, особенно после сложных операций (например, при операциях на сердце).
В настоящее время консервирование крови, особенно ее компонентов (сыворотка крови, плазма крови, антигемофильная плазма, альбумин крови, глобулин и др.), широко используется в медицинской практике. Медицинские учреждения, оказывая неотложную медицинскую помощь, используют их для переливания крови при всех случаях острого сокращения объема циркулирующей крови, вызванных потерей крови. Некоторые продукты крови, полученные из отдельных составных частей крови, имеют даже известные преимущества перед цельной кровью: у них более продолжительный срок годности в связи с возможностью сохранять их в анабиотическом состоянии не только путем замораживания и лиофилизации (высушивание в условиях вакуума) и — что особенно важно — они не обладают изосерологическими особенностями (т. е. особенностями отдельных групп крови), благодаря чему их можно немедленно переливать в кровеносную систему нуждающегося в этом человека или животного без опасений, что может возникнуть несовместимость по группе крови.
В последнее время для продолжительного консервирования компонентов крови различные фирмы во многих странах сконструировали современную аппаратуру для автоматического замораживания в диапазоне от -10 до — 196 °C (с помощью жидкого азота).