Искусственная гибернация применяется при сложных операциях, приводящих к резко выраженным нарушениям обмена веществ у истощенных больных. Используется она и в хирургии сердца, при операциях на «сухом», выключенном из кровообращения сердце, что значительно продлевает возможность оперативного вмешательства.
В теплокровном организме, находящемся в состоянии искусственной гибернации, температура достигает 33–30 °C. В результате блокирования нейроэндокринной системы и понижения температуры тела обмен веществ тоже ослабевает. Вследствие этого сокращается потребность организма в кислороде, уменьшается частота дыхания и амплитуда дыхательных движений, так как падает минутный объем вентиляции легких, пульс замедляется, понижается артериальное давление. Больные впадают в состояние глубокого сна, который не нарушается во время хирургического вмешательства.
В медицине химическая гибернация уже находит применение в хирургии, онкологии, оториноларингологии, нейрохирургии, стоматологии, фтизиатрии, травматологии, ортопедии, военно-полевой хирургии в целях блокирования процессов обмена веществ при различных сложных хирургических вмешательствах.
Медики мечтают о возможности при несчастных случаях, когда пострадавший находится в критическом состоянии, тотчас перевести его в состояние гибернации, доставив в специализированное медицинское учреждение. Именно в такой момент введение соответствующего препарата может дать желанную отсрочку. Всего лишь один укол шприца — и жизнь пострадавшего будет на некоторое время выключена. Врачи смогут приступить к лечению через несколько часов или дней, когда клиническая картина травмы останется такой же, что и в первые минуты после катастрофы.
Впрочем, если врачам удастся разработать упрощенные эффективные методы, чтобы вызывать искусственную химическую гибернацию организма с помощью химических средств, вероятно, можно будет лечить и многие другие болезни.
Анабиоз в прикладной микробиологии, вирусологии и энтомологии
Изучение анабиоза у бактерий и вирусов, как выяснилось, имеет огромное значение для теоретических и практических основ решения вопроса продолжительного сохранения свойств микроорганизмов и живых микробных вакцин.
Использование в медицинской и ветеринарной практике живых бактериальных и вирусных вакцин для профилактики заразных болезней у людей и животных приобретает все более широкие размеры, так как живые вакцины обладают (по сравнению с другими видами вакцин) самыми высокими иммунологическими свойствами. Однако большим препятствием в этом отношении является отмирание бактерий и вирусов при продолжительном их хранении, что приводит к быстрой утрате их иммуногенных свойств. Современные наука и практика доказали, что бактериальные и вирусные вакцины можно консервировать на продолжительный срок путем их замораживания или высушивания в условиях вакуума (лиофилизации), т. е. перевода в состояние анабиоза. Больше того, оказалось, что живые вакцины могут усовершенствоваться при лиофилизации из замороженного состояния, т. е. по пути превращения их из твердого в сухое состояние, минуя жидкую фазу. Доказано, что в лиофилизированном состоянии при наличии глубокого вакуума бактериальные и вирусные вакцины, а также и производственные штаммы микроорганизмов (бактерии, рикетсии, вирусы и др.) могут сохранять свои первоначальные свойства в анабиотическом состоянии в течение длительного периода (от одного года до нескольких лет).
Еще в 1935 г. У. Стенли сумел привести в состояние анабиоза вирус табачной мозаики (инфекционное заболевание табака, встречающееся на плантациях) путем кристаллизации при низкой температуре. На какое-то время ему удалось сохранить в этом состоянии вирус, который не потерял своего болезнетворного действия.
В наше время микробиологи сохраняют в контейнерах с жидким азотом (температура — 196 °C) многие виды полезных и болезнетворных микроорганизмов и в случае надобности размораживают их, оживляют и используют для научных и практических целей.
В пищевой промышленности давно используются методы замораживания и сверхглубокого замораживания пищевых продуктов. Установлено, что для полного подавления развития микроорганизмов необходима температура -18 °C, при которой блокируется химическое действие ферментов, в частности, вызывающих прогорклость жиров. При такой температуре практически останавливается всякое развитие основных микроорганизмов, вызывающих опасные пищевые отравления (салмонеллы, Clostridium perfrigens, Clostridium botulinum, золотистого стафилококка). Первые два токсичны при попадании в кишечник, в то время как последние два воздействуют через токсин, образующийся в пищевых продуктах. При сверхглубоком замораживании (в сущности, и сверхбыстром) микроорганизмы моментально впадают в состояние анабиоза, при этом полностью прекращается их развитие и они остаются в том же состоянии, в котором находились в свежих продуктах. Поэтому при длительном хранении продуктов микроорганизмы не в состоянии размножаться, да и все остальные процессы приостанавливаются.
В молочной промышленности уже давно используют низкие температуры для консервирования закваски из бактерий Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus termophilis, Streptococcus lactis, которые в анабиотическом состоянии можно хранить долгое время и даже транспортировать за границу (Болгария экспортирует такие культуры в Западную Европу).
Благодаря низким температурам сохраняются микробиологические удобрения, которые устойчивы по отношению к продолжительному сроку консервирования. Уже создана и технология для получения сухих бактериальных удобрений, которые тоже можно консервировать в анабиотическом состоянии с расчетом на длительное время, причем они не потеряют своих ценных качеств.
В области прикладной энтомологии анабиоз тоже нашел применение при использовании умеренно низких температур, при которых происходит сильное понижение процессов жизнедеятельности и замедляется развитие некоторых видов насекомых. Известно, например, паразитирующее перепончатокрылое насекомое (Trichogramma evanescens), которое успешно используют для биологической борьбы против сельскохозяйственного вредителя — лугового мотылька. Трихограмма откладывает свои миниатюрные яйца в яйца различных видов бабочек, а ее личинки питаются их содержимым, в результате вместо гусениц бабочек вылупляются трихограммы. Именно эта особенность паразитирующего насекомого успешно используется в биологической борьбе против бабочек-вредителей. Во многих странах (в том числе и в Болгарии) уже созданы лаборатории, где успешно разводят трихограмм на яйцах зерновой моли. Эту моль можно разводить круглый год на зерновых продуктах, и она дает миллионы яиц, на которых могут развиваться трихограммы. Установлено, что на 1 кг зерна можно получить примерно 15 тыс. бабочек моли, которые откладывают от 200 тыс. до 300 тыс. яиц. Их заражают трихограммами, и через 4–5 дней зараженные яйца темнеют. В таком виде яйца могут храниться в течение нескольких месяцев в холодильнике при температуре от 1 до 2 °C. В таком анабиотическом состоянии процессы развития насекомых прекращаются или сильно замедляются. Вскоре после того как яйца вынут из холодильника, из них вылупляются взрослые трихограммы. Такое продление срока, необходимого для развития этих паразитических насекомых, дает возможность массового использования зараженных яиц для биологической борьбы в самый подходящий момент — когда луговой мотылек откладывает яйца.
В шелководстве модель анабиоза используется для продолжительного хранения яиц тутового шелкопряда путем воздействия на них низких температур, которые значительно задерживают развитие яиц, вследствие чего гусеницы не могут вылупиться. Это позволяет специалистам шелководства поддерживать генетический фонд и — что не менее важно — дает возможность различным странам совершать обменные операции, транспортируя в анабиотическом состоянии яйца ценных разновидностей тутового шелкопряда.
Длительное сохранение сперматозоидов при помощи анабиоза
Крупным достижением биологической науки является глубокое замораживание семенной жидкости и продолжительное ее хранение (10–20 лет). Этот метод длительного хранения мужских половых клеток целиком основан на возможности приведения их в состояние анабиоза.
Первые опыты со спермой по выяснению консервирующих свойств низких температур проведены в 1866 г., когда механизм действия сперматозоидов в процессе оплодотворения еще не был выяснен. Уже тогда Мантегца сделал сообщение, что сперматозоиды человека можно сохранять, прибегнув к замораживанию при температуре — 17 °C. Он предсказал, что замороженную сперму быков и жеребцов можно будет перевозить на большие расстояния и успешно использовать для искусственного осеменения и размножения животных. Но в то время работы Мантегца не привлекли внимания современников и были преданы забвению.