Анабиозный сон что это

Научная электронная библиотека

Угаров Гавриил Спиридонович,

2.2.1. Анабиоз

Анабио́з (от греч. anabiosis – возвращение к жизни, оживление), обратимое состояние организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ, развитие, размножение и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни (например, состояние сухих семян, мхов и лишайников, микробных культур, спор микроорганизмов) [82, 335]. Наблюдается при резком наступлении неблагоприятных условий и помогает живым организмам перенести сильный мороз или жару, высокое давление, глубокий вакуум, мощную радиацию, вибрации и т. п. но могут возобновить жизнедеятельность при улучшении условий.

Анабиоз в природе был открыт в 1701 году Антони ван Левенгуком. В 1891 году, немецкий ученый В. Прейер предложил называть обратимую остановку жизни термином «анабиоз» (от греческого ana – обратно и bios – жизнь), то есть возвращение к жизни, оживление. Это понятие охватывает следующие состояния: анабиоз при высушивании (с ним тесно связан осмотический анабиоз) и анабиоз при замерзании (криоанабиоз, от греческого kryos – холод).

Кроме А. Левенгука, наблюдавшего за микроскопическими червями – красными коловратками (Philodina roseola), существенный вклад в изучение анабиоза внесли английский натуралист и священник Дж.Т. Нидхем, изучая жизненный цикл пшеничной нематоды (Tylenchus tritici) (1743), и итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани, продолжавший наблюдения Левенгука за коловратками (1777). В 1900 году Макфедайн и Роуланд провели опыты по замораживанию различных бактерий – стафилококков, протея и других микроорганизмов при температуре –182 °С в течение 20 часов. В 1934 г. итальянский исследователь Монтероссо попытался систематизировать явления остановки и возвращения к жизни. Так под названием «анабиоз» он понимал угнетение жизни только в случае высыхания организмов, а для всех остальных явлений предложил новый термин – гипобиоз. Среди этой категории явлений Монтероссо выделял осмотический анабиоз, замораживание, зимнюю спячку, инцистирование, сон, высушивание тканей, оживление изолированных органов.

Из наших российских ученых в 1909 году П.В. Бутягин замораживал микроорганизмы и установил, что при температуре –20. –44 °С большинство из них сохраняет жизнеспособность в течение 3 месяцев.

Значительный вклад в изучение анабиоза внес российский ученый П.И. Бахметьев [22], первым начавший научно исследовать состояние организма насекомых при замораживании, с помощью собственноручно изготовленного электрического прибора (1899). В его опытах бабочки, охлажденные до –10 °С, при разогревании они оживали. В 1912 году ему удалось искусственно вызвать анабиоз у млекопитающего – летучей мыши, которую помещали в холодную камеру с температурой –22 °С. Спустя некоторое время тело летучей мыши становилось совершенно твердым и не подавало признаков жизни, а его температура была равна –4 °С. После извлечения из холодной камеры летучая мышь ожила. Позднее, российский ученый Н.И. Калабухов [134], повторив опыты Бахметьева, опроверг его утверждение о возможности оживления замерзшей мыши.

Российский зоолог П.Ю. Шмидт [335] выявлял два основных состояния анабиоза – анабиоз, наступающий при непосредственном высушивании живых организмов, и анабиоз при замерзании. С первым явлением тесно связан осмотический анабиоз – своеобразный процесс обезвоживания животных, обитающих в морской воде, а также летняя спячка животных, наступающая вследствие уменьшения содержания воды в организме, из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях. Другими словами, П.Ю. Шмидт [335]. под термином «анабиоз» понимал любое угнетенное состояние живых организмов под действием тех или иных неблагоприятных факторов среды. Такого же мнения придерживаются и некоторые другие ученые, в частности, В.И. Тельпухов и П.В. Щербаков [288], работающие над проблемой бессмертия человека в компании ORDO DEUS [208].

Состояние анабиоза характеризуется изменением содержания и состояния воды в организме, изменением структуры содержимого клеток, состояния ферментов и обмена веществ. Процесс перехода организмов к анабиозу характеризуется снижением интенсивности биохимических процессов. С общебиологической точки зрения анабиоз представляет собой приобретенное в ходе эволюции физиологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям [270].

Основным фактором длительности нахождения живого организма в состоянии анабиоза является степень обезвоживания организма – чем сильнее обезвоживание, тем более длительным может быть пребывание в состоянии анабиоза. Животные, впадающие в анабиоз, могут терять 1/2 и даже 3/4 заключённой в тканях воды. Анабиоз по сравнению с оцепенением и спячкой сопровождается более глубоким подавлением жизнедеятельности. По некоторым данным, при полном удалении свободной воды из клеток и межклеточного пространства, анабиоз может при положительных температурах хранения длиться несколько тысяч лет.

Погружение в анабиоз используется на практике, как способ длительного сохранения полезных организмов (например, сухих живых вакцин, культур бактерий, вирусов и клеток, спермы и яйцеклеток) или их частей (консервация тканей и органов для трансплантации) без потери жизнеспособности, предназначающихся для нужд медицины, сельского хозяйства и других целей. При сохранении микробов, высушенных вместе со специальной средой при низкой температуре и т. д.

Источник

Что такое анабиоз и можно ли погрузить в него человека

Анабиоз — это практически полное прекращение жизнедеятельности. Этим он отличается от спячки, в которой физиологические процессы замедляются, но сохраняются на достаточно интенсивном уровне. В спячку, как мы знаем, могут впадать медведи, грызуны, пустынные животные и даже некоторые приматы. Однако при этом животное можно разбудить, тогда как в случае анабиоза такое сделать сложно.

В анабиоз впадают различные бактерии, простейшие и некоторые виды растений. Так они пережидают неблагоприятные условия, после чего снова возвращаются к жизни. Обычно для входа в это состояние требуется значительное время, как и для выхода из него. Самым близким к анабиозу состоянием у человека является медикаментозная кома.

Сегодня для проведения экстренных хирургических операций врачи используют подобные методы. Для этого часть крови пациента заменяют холодным физиологическим раствором. Это позволяет опустить температуру тела примерно до 10°C и замедлить все жизненно важные процессы. После этого проводятся необходимые манипуляции, например, для остановки крови, и организм снова нагревается изнутри с помощью переливания теплой крови.

До сих пор, однако, ввести человека в состояние анабиоза на длительное время не удалось. Но встречаются отдельные случаи, когда люди могут впадать в подобие спячки. Например, в 2006 году 35-летний японец провел в горах 24 дня без еды и воды со сниженным обменом веществ и температурой тела. После реанимации он смог полностью восстановиться. Этот и ряд других случаев показывает, что у людей все же есть механизмы, которые позволяют им замедлить процессы жизнедеятельности и выживать в неблагоприятных условиях какое-то время. Чтобы увеличить это время и позволить человеку путешествовать между звездами, нам предстоит лучше узнать механизмы, которые за это отвечают, и найти способ улучшить их.

Источник

Анабиоз как реальный рецепт вечной жизни — насколько это возможно

Что такое анабиоз

В переводе с древнегреческого, определение трактуется как «возвращение к жизни» или «оживление». Анабиоз является временным явлением на период от нескольких месяцев до миллионов лет — все зависит от того, кто или что в него впадает. В это время процессы жизнедеятельности организма (пульс, дыхание и т.п.) замедляются настолько, что их невозможно зафиксировать без специального оборудования.

Роль анабиоза в природе

Процесс замедления жизненных процессов позволяет различного рода организмам адаптироваться под неблагоприятные условия, выжить в них и вернуться к прежнему состоянию после нормализации окружающей среды. Важным условием анабиоза является сохранение целостности органелл и мембран. Основная роль этого процесса — выживание и сохранение популяции. Находясь в состоянии анабиоза, организм не претерпевает никаких изменений, останавливается его рост, развитие и взросление. Это позволяет ему существовать продолжительное время, в некоторых случаях тысячи и даже миллионы лет. Бактерии, грибки и некоторые виды вирусов идеально поддаются различным видам анабиоза (высушивание или замерзание), тем самым обеспечивая свое выживание в самых экстремальных условиях.

Кто впадает в анабиоз из животного мира

Основа любой жизни — вода. Процесс анабиоза также полностью завязан на воду — чем больше ее теряет организм, тем дольше он может прожить в полуживом состоянии. Способность утрачивать жидкость без вреда для здоровья есть у всех, включая человека. Однако есть предельная степень обратимого обезвоживания разных организмов. Например, тихоходки могут потерять до 100% воды и это никак им не навредит. Мыши способны с легкостью пережить потерю до трети объема жидкости в организме, а вот человеку доступна потеря не более 10% «телесной воды» без вреда для здоровья. Поэтому мы до сих пор и не покорили процесс временного умерщвления.

Говоря о животном мире, в состояние анабиоза могут входить не только микроорганизмы, но и высшие позвоночные. Доказательством тому служат неоднократные находки замерзших во льдах ящериц, которые оживали после оттаивания. Некоторые представители хладнокровных проводили в таком состоянии десятки лет. При этом есть случаи обнаружения во льдах и теплокровных животных (ежей, тушканчиков), находившихся в состоянии, близком к анабиозу. Проблема в том, что они были живы, но разбудить их не получалось никаким из известных способов.

В этом и заключается основная опасность анабиоза. Войти в это состояние проще, чем выйти из него. Родственницей этого сложного процесса является искусственная кома, но отличие ее в том, что в таком состоянии организм не прекращает обычную жизнедеятельность, для него требуется привычная температура среды, достаточное питание и прочие условия существования.

Однако у лягушек есть свой аналог анабиоза, позволяющий выживать в самых экстремальных условиях. Когда наступают холода, лягушки находятся на открытом воздухе — они сидят до тех пор, пока не оцепенеют. При этом их тела не замерзают, кровь и вода не превращается в лед и клетки организма не травмируются.

Происходит это по причине того, что во время замерзания в крови лягушки значительно увеличивается количество глюкозы. Она препятствует образованию кристаллов льда, а животное принимает желеобразную консистенцию.

Анабиоз человека — возможно ли?

Несмотря на множество сложностей, ученые активно исследуют процесс анабиоза человека. Успехи в этом направлении есть благодаря положительным результатам опытов над животными. Это дает надежду, что в будущем временное умерщвление станет доступно и для людей. Есть несколько удачных примеров, когда люди выживали в неестественных условиях и при этом не получали никаких повреждений, включая полное восстановление работоспособности головного мозга:

Источник

Факторы, которые влияют на сон человека

Сон – это физиологическое состояние, которое повторяется регулярно, каждый день. Он помогает организму отдохнуть, набраться сил, восстановить иммунитет. Для поддержания здоровья человек должен в среднем спать 8 часов в сутки.

Эта продолжительность может меняться в зависимости от возраста. Младенцы дремлют до 19 часов, а пожилые могут обходиться и 7-9 часами.

Ухудшение качества сна всегда сказывается на самочувствии. Хронические нарушения отражаются на здоровье центральной нервной системы. Это чревато многочисленными физиологическими и психическими патологиями.

Качество сна может снижаться по разным причинам. Некоторые из них мы контролировать не в силах. Но есть и такие, которые можно устранить самостоятельно. Зная о них, вы сможете улучшить свой ночной отдых, не прибегая к терапии.

Формы ухудшения сна

Расстройство сна, связанное с его недостатком, называется инсомния. В быту мы называем это бессонницей. Она проявляется:

Человек может чувствовать, что спал поверхностно, что изматывает не меньше, чем затяжное бодрствование. Ведь глубокий сон не менее важен, чем продолжительный. Провождение в постели положенного времени еще не гарантирует полноценного отдыха.

Пока одни жалуются на бессонницу, другие вызывают тревогу у близких, не просыпаясь по 10 и более часов. Спать слишком долго не менее вредно. Это негативно влияет на работоспособность и общее самочувствие, поэтому тоже рассматривается как нарушение.

Симптомы бессонницы

В норме человек ложится в кровать и засыпает в течение получаса. Если в этот период времени не удается заснуть, речь идет о пресомнических нарушениях – есть основания заподозрить бессонницу. Интрасомнические нарушения имеют место, если человек просыпается среди ночи. Однако, если он открыл глаза на минуту и снова заснул, патологией это не считается.

Постсомнические симптомы (связанные с пробуждением) распознать сложнее всего. С научной точки зрения, о них можно говорить, если человек просыпается на 30 и более минут ранее, чем должен. Но когда он должен это сделать – тоже вопрос, ведь возможности не всегда совпадают с потребностями.

По тому, сколько времени спит пациент, однозначно поставить диагноз «инсомния» нельзя. Хотя продолжительность менее 6,5 часов и считается отклонением, нельзя игнорировать потребности организма. Некоторым достаточно и 5 часов для восстановления.

Виды и причины инсомнии

Как и большинство заболеваний, бессонница делится на острую и хроническую. Острая длится не более трех месяцев и бывает трех типов:

Хронической инсомния признается, если продолжается более трех месяцев. Она всегда сопряжена с соматическими заболеваниями, а в половине случаев сопровождается психическими нарушениями. Бессонницей страдают люди с заболеваниями мочеполовой системы (просыпаться заставляют ночные позывы), с дерматологическими недугами, вызывающими зуд. Не дает спокойно спать любая боль.

Факторы, которые влияют на сон человека

Ухудшение сна может быть вызвано заболеваниями, ситуация нормализуется лечения. Но есть и такие факторы, которые приходят извне, и человек допускает их влияние сам:

Не даст заснуть и страх бессонницы. Если человек не понаслышке знаком с ней, он лежит в кровати, опасаясь очередной мучительной ночи. И тут подключается вышеупомянутый стресс, будоражащий ЦНС.

Материальные факторы, влияющие на сон

Выше мы рассмотрели 5 неосязаемых причин бессонницы, но есть и материальные. Управление ими – в наших руках, во всех смыслах этого слова. В первую очередь это неподходящее постельное белье. Неприятные тактильные ощущения заставляют концентрироваться на себе – выспаться из-за них не удастся.

Во избежание ухудшения ночного отдыха лучше не употреблять вечером:

Также вечером лучше отказаться от тяжелой пищи. Чем жирнее ужин, тем больше времени уйдет на его переваривание. А пока этого не произойдет, тело не перейдет в режим отдыха.

Кто склонен к бессоннице

Некоторые личностные особенности становятся располагающими факторами к формированию бессонницы. Привычная модель поведения, образ мышления могут вызывать перевозбуждение нервной системы, мешать засыпанию и заставлять просыпаться. А когда к этому добавляется провоцирующий фактор, проблема усугубляется.

К чертам личности, располагающим к инсомнии, относят:

Иногда бессонницу рассматривают как отражение хронического стресса. По данным исследований, к ней склонны люди с пониженным уровнем счастья или испытывающие нехватку удовольствий.

Работоспособность и сон

В период бодрствования мозг расходует запас энергии. За время отдыха, пока возбудимость нейронов снижена, она восстанавливается. Если не давать человеку высыпаться, этого не произойдет, и наутро он будет не менее (а иногда и более) уставшим, чем вечером.

В результате страдает работоспособность, особенно умственная, и общее качество жизни. Это проявляется в:

У невыспавшегося работника продуктивность значительно ниже, чем у полноценно отдохнувшего. В течение дня он может ненадолго отключиться, хотя этот сон вряд ли будет глубоким. Это чревато не только ошибками в работе, но и риском получить травму на производстве.

Способы улучшения качества сна

Полноценный отдых ночью обеспечивает хорошее самочувствие, высокую работоспособность и эмоциональный комфорт. Если бессонница является симптомом какого-либо заболевания, нельзя откладывать лечение. А если она вызвана внешними факторами, стоит заняться гигиеной сна:

Если вдруг среди ночи вы проснулись и не можете заснуть, лучше ненадолго подняться. Можно пройтись по квартире, посидеть в другой комнате, главное – не начинать активную деятельность.

Лекарственные препараты для улучшения качества сна

Высыпаться необходимо и с физиологической, и с психологической точек зрения. Пара бессонных ночей, связанных со сменой часового пояса или важными событиями в жизни – не повод для беспокойства.

Но если проблемы с засыпанием и частые пробуждения беспокоят чаще трех раз в неделю на протяжении месяца, человеку нужна помощь. Начать стоит с налаживания гигиены. Когда станет очевидно, это эти меры не помогают, придется прибегнуть к медикаментозной помощи.

Принимать лекарства лучше под контролем врача. Для правильного их подбора важно определить:

Снотворные препараты обеспечивают качественный глубокий сон за счет подавления межнейронной передачи. Также они успокаивают нервную систему, расслабляют мышцы.

Виды снотворных препаратов

Пока проблема не слишком запущена, решить ее можно при помощи седативных средств и транквилизаторов. Успокоительного эффекта достаточно для нормализации засыпания и пробуждения.

Непосредственно к снотворным препаратам относят следующие:

Барбитураты сейчас редко назначают в качестве снотворных. Хотя они и облегчают засыпание, глубокий сон эти медикаменты не гарантируют. К тому же барбитураты негативно влияют на психомоторику и вызывают привыкание.

Ковалёва Надежда Владимировна, врач-терапевт медицинских кабинетов 36,6

ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ, ПЕРЕД ПРИМЕНЕНИЕМ НЕОБХОДИМО ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ СО СПЕЦИАЛИСТОМ

Источник

Разработка и совершенствование технологий погружения человека в анабиоз обещают воплотить в жизнь сказочные сюжеты.

Авторы

Редакторы

В сказке Ханса Кристиана Андерсена «Снежная королева», чтобы обрести подлинную свободу, надо было сложить из льдинок слово «вечность». Сейчас ученые думают достичь этой же цели, превратив уже самого человека в кусок льда как воплощение самого бессмертия.

Старение и долголетие

Цикл статей, задуманных в рамках спецпроекта «биомолекулы» для фонда «Наука за продление жизни».

В этом цикле рассмотрим общие проблемы старения клеток и организмов, научные подходы к долголетию и продлению здоровой жизни, связь сна и старения, питания и продолжительности жизни (обратимся к нутригеномике), расскажем про организмы с пренебрежимым старением, осветим темы (эпи)генетики старения и анабиоза.

Конечно, феномен старения настолько сложен, что пока рано говорить о радикальных успехах в борьбе с ним и даже о четком понимании его причин и механизмов. Но мы постараемся подобрать наиболее интересную и серьёзную информацию о нащупанных связях, модельных объектах, разрабатываемых и уже доступных технологиях коррекции возрастзависимых нарушений.

Краткое содержание спецпроекта освещено в видеоролике «Стареть или не стареть? // Всё как у зверей». Подробности же узнаете из наших статей.

Следите за обновлениями!

Отголоски эры «первичного бульона»

Почему обезвоживание организма сопряжено с торможением «биохимической машины»? Чтобы ответить на этот вопрос надо ясно представлять, какую роль играют молекулы воды в организации «кирпичика» всего живого — отдельно взятой клетки.

Во-первых, вода — это уникальная среда для самоорганизации молекул органических веществ в надмолекулярные структуры типа фосфолипидного каркаса биомембран или третичной структуры белков. Во-вторых, вода — это универсальный растворитель, в котором при диссоциации солей образуются необходимые для генерации биопотенциалов ионы. «Правильно» собранные биомолекулы вместе с определенным количеством электролитов и обеспечивают ту пространственно-временную упорядоченность метаболизма, которая лежит в основе феномена жизни [1]. Всё просто, не правда ли. Слишком просто.

На самом деле о свойствах воды и ее роли в жизненных процессах написано много. Однако сейчас нас интересуют исключительно факт изъятия молекул воды и их загадочная роль в обеспечении обратимости анабиоза. Хотя. не такая уж это и загадка.

Представьте себе наваристый бульон для приготовления студня. Выражаясь научно, перед нами — желатиновая эмульсия на водной основе. Если бульон охладить, то он превратится в студень — гель, сильно отличающийся от своего жидкого состояния — золя. Считается, что жизнь зародилась в «первичном бульоне», капельки которого и стали собственно клетками.

Содержимое клеток периодически то сгущается, то разжижается, т.е. находится в состоянии обратимого фазового перехода «золь ↔ гель», равновесная точка в котором весьма неустойчива. Однако при обезвоживании равновесие смещается в одну сторону: «золь → гель → аморфное состояние коллоида → денатурация коллоида». Исходя из этой схемы, предполагается, что при анабиозе коллоидное содержимое клеток обезвоживается только до обратимого аморфного состояния, не достигая необратимой (а значит — по-настоящему смертельной) денатурации [2].

Живые мумии

Насколько следует «подсушить» организм, чтобы он погрузился в анабиоз, а не погиб от обезвоживания?

Наблюдения показали, что это возможно, если в организме остается не менее 10% воды, которой, однако, не хватает даже на однослойное покрытие молекул белков [3]. Это нередкое в природе явление высыхания до полусмерти, называют ксероанабиозом. В нём пребывают споры бактерий и грибов, мхи и лишайники, а также некоторые группы беспозвоночных (рис. 1) [4].

Рисунок 1. В царстве растений ксероанабиоз характерен для низших растений — мхов и лишайников. Селагинелла или «воскресающий мох» пример тому. Однако и среди высших растений крайне редко, но встречается это удивительная способность к полному высыханию и «воскрешению» во влажной среде (например, рамонда сербская, она же — «феникс»). а — Селагинéлла чешуели́стная (Selaginēlla lepidophylla). б — Рам́óнда сербская (Ramonda serbica).

Объясняется это той ролью, которую играет ксероанабиоз: экстренная мера выживания в экстремальных условиях (рис. 2). В некоторых случаях эта мера оказалась настолько полезной (например, при образовании пыльцы у высших растений или цист у ракообразных), что эволюционно закрепилась как обязательный этап онтогенеза.

Рисунок 2. Личинки африканского комара-звонца Polypedilum vanderplanki в рамках российско-японского эксперимента «Космический комар» побывали в космосе. Оказывается, эти относительно крупные организмы, способны выдержать практически полное высушивание. В состоянии ксероанабиоза они могут выжить в экстремальных условиях среды, что и было проверено в 2014 году на борту МКС.

Способность обратимо утрачивать без вреда для здоровья часть «телесной» воды свойственна всему живому. Однако способность к предельному обезвоживанию, как и длительность угнетения метаболизма, ослабевают по мере структурно-функционального усложнения организма (табл. 1) [2].

Рисунок 3. Николай Павлович Кравков в своих экспериментах прибегал к методу изолированных органов. Наряду с кроличьими ушами, он мумифицировал человеческие пальцы! Только спустя пару-тройку месяцев они отмачивались в солевом растворе. Удивительно, но пальцы настолько восстанавливались, что на них потела кожа и отрастали ногти.

А как же грамотно «подсушить» организм?

Очевидно, следует испарить часть «телесной» воды, допустим нагреванием. Стоп! Но ведь значительное повышение температуры тела — гибельно, т.к. уже при 50 °C произойдет необратимое разрушение белковых молекул! Тем не менее, ещё в XIX веке это сделать удалось. И не раз!

Речь идёт об упоминавшемся ранее споре «Дуайер vs. Пуше» перед комиссией Парижского биологического общества. Тогда успех опытов Л. Дуайера заключался «в постепенности и в совершенстве высушивания животных. В этих целях мох, содержащий коловраток и тихоходок, выдерживался в течение 7 дней под колоколом воздушного насоса над серной кислотой и уже только затем помещался в водяную баню, где постепенно нагревался до 100 °C». Чтобы не «проскочить» стадию аморфного состояния, натуралист очень «мягко» нагревал объект в условиях разреженной атмосферы, и поэтому вода медленно испарялась при температуре меньшей, чем 100 °C, а водяной пар сразу поглощался серной кислотой [2].

Сегодня наиболее эффективным признано вакуумное высушивание организма. Его успех зависит от постепенности и равномерности процесса испарения воды, что, в свою очередь, зависит от объема биообъекта: чем организм меньше, тем удачнее он будет высушен. Этим объясняется успех полного высушивания пока что только микроскопических животных (табл. 1).

Следуя такой логике, обезвоживание небольших фрагментов организма представлялось весьма перспективным, что и было доказано Н.П. Кравковым ещё в 1922 году, в экспериментах с. кроличьими ушами. И поверьте, в опытах Николая Павловича, уши кролика — это далеко не «гвоздь программы» (рис. 3).

И все-таки, несмотря на феноменальную устойчивость некоторых существ к полному высушиванию, для среднестатистической клетки обезвоживание — это стресс! Точнее — гиперосмотический стресс, который развивается по следующему сценарию.

Сначала происходит обезвоживание околоклеточного пространства с закономерным возрастанием концентрации растворенных веществ, т.е. образуется гиперосмотическая среда. Она вытягивает воду из клетки, тем самым обезвоживая её. Клетка теряет объем, а ее плазматическая мембрана — сморщивается. Одновременно возрастает внутриклеточная концентрация электролитов, которые, разрушая ионные связи, снижают стабильность белковых молекул.

Эволюция микроорганизмов противопоставила процессу обезвоживания процесс накопления ксеропротекторов — соединений, защищающих микробные клетки от гиперосмотического стресса (табл. 2). Эти вещества стабилизируют белковые глобулы и биомембраны, замещая в них молекулы воды, и, облегчая тем самым, переход коллоидов в аморфное состояние [6], [7].

В чертогах Снежной королевы

Обезвоженные клетки становятся чрезвычайно устойчивыми к действию экстремальных условий внешней среды, и в первую очередь — низких температур (рис. 4).

Рисунок 4. Сперматозоиды (а) в соответствии со своей специфической биологической ролью приспособлены к выживанию в очень жестких условиях среды. Они практически лишены жидкой части цитоплазмы и поэтому выдерживают полное замораживание без потери оплодотворяющей способности. Чтобы нас не обвинили в сексизме, заметим, что это под силу также яйцеклеткам ракообразных, рыб и амфибий (б).

Доказательств много, но мы приведем одно: недавно ученым из ПНЦ РАН (г. Пущино) удалось успешно возродить из плацентарной ткани плодов смолёвки узколистой (Silene stenophylla) целое растение. Казалось бы, что тут такого? Однако сухие плоды-коробочки пролежали в вечной мерзлоте около 30 тысяч лет [9]!

Конечно здесь речь идет скорее о гипобиозе, т.к. при температуре −7 °C полного промерзания тканей произойти не могло [1]. Но всё же это исследование подтверждает возможность чрезвычайно длительного низкотемпературного хранения обезвоженных клеток.

А что если организм заморозить без предварительного высушивания?

Теоретически, при температурах ниже −80 °C броуновское движение молекул воды в тканях прекращается, и организм должен погрузиться в состояние т.н. «криоанабиоза» [10], [11]. Понятно, что в природных условиях такое невозможно, и поэтому криоанабиоз — состояние неестественное, возможное только в условиях лаборатории.

Также П.И. Бахметьев обнаружил, что шанс выжить после криоанабиоза уменьшается по мере структурно-функционального усложнения испытуемого животного. Получается, что особенности ксеро- и криоанабиоза весьма схожи и могут быть выражены тезисом: чем выше стоит организм на эволюционной лестнице, тем сложнее его высушить и/или заморозить, не убив при этом.

Успех криоанабиоза также зависит от объема биообъекта. Если организм не микроскопических размеров, то даже при очень низкой температуре он промерзает не мгновенно, а постепенно, проходя через состояние окоченения. В этом состоянии, когда мягкие ткани организма словно одеревенели (вспомним лесную лягушку из первой части), в его глубинах все же продолжает теплится скрытая жизнь, т.е. наблюдается низкотемпературный гипобиоз. Полное же промерзание организма обычно приводит к гибели из-за разрушительного действия образующегося в клетках льда. Именно поэтому до опытов с замораживанием человека дело де дошло, а вот его намеренное погружение в низкотемпературный гипобиоз было осуществлено аж в 1940 году!

Тогда американские ученые Тэмпл Фэй и Лоуренс Смит предприняли попытку лечения последней стадии рака путем переохлаждения организма. Им неоднократно удалось погрузить пациента, температура тела которого снижалась до 28–30 °C, в искусственную спячку на 5–8 дней. Общая же длительность гибернации составила 40 дней [13]! К сожалению, существенных результатов в лечении Фэй и Смит не добились, но представления о возможностях человеческого тела однозначно расширили.

А возможности человека — потрясают. Судите сами по следующим историям удивительных (если не сказать — чудесных) случаев «воскрешения» человека после чрезвычайно длительного (!) периода клинической смерти, наступившей в результате переохлаждения (рис. 5). Приготовились?

Рисунок 5. Гости Ледяной Девы. Выжили! Слева направо: Эрика Нордби, Анна Багенхольм и Мицутаки Ючикоси.

Случай первый. В 1999 году 29-летняя австрийская студентка Анна Багенхольм, катаясь на лыжах, провалилась под лед. В ледяной воде она пробыла 80 минут. Половину этого времени Анна дышала благодаря воздушному пузырю подо льдом. Когда тело горе-лыжницы вытащили на поверхность, она была клинически мертва: зрачки расширены, дыхание и сердцебиение — отсутствуют, температура тела: 13,7 °C. Окоченевший труп.

Анна ожила через девять часов после, как оказалось, клинической смерти! Еще через 26 дней, оставаясь полностью парализованной, она пришла в сознание. Постепенно здоровье Анны полностью восстановилось [14].

Случай второй. В 2001 году 13-месячная Эрика Нордби пробыла голышом почти два часа на 24-градусном морозе. Когда девочку нашли, она была в состоянии клинической смерти с температурой тела: 16 °C. Эрика была успешно реанимирована, избежав ампутации обмороженных конечностей [15].

В обоих описанных случаях медицинская помощь была оказана относительно быстро, чего не скажешь о третьем случае, произошедшем в 2006 году, когда к 35-летнему японцу Мицутаки Ючикоси помощь подоспела только на 25-е сутки! Все это время он с переломами тазовых костей пролежал на горе Рокко.

Правда, когда Мицутаки нашли, у него прощупывался пульс, а температура тела составляла 22 °C. Поэтому здесь, вероятно, было состояние не гипобиоза, а, как в опытах Фэя и Смита, — гибернации [16].

Все три случая — это пример случайного совпадения факторов, используемых в современной медицине (например, при краниоцеребральной гипотермии) для погружения человека в состояние искусственного гипобиоза, когда полного промерзания организма не происходит. Эти случаи — пример низкотемпературного гипобиоза, но никак не криоанабиоза человека!

Так возможно ли обратимо полностью заморозить человека?

Рецепт полной заморозки

Единственным способом погружения организма в криоанабиоз является т.н. «шоковая заморозка», когда охлаждение происходит так быстро, что вода мгновенно переходит в аморфное состояние, не успев кристаллизоваться [17]. Размораживание тоже должно быть быстрым, во избежание рекристаллизации воды.

Пока что этот трюк удаётся осуществить только с отдельными клетками: культура распыляется в среде с температурой жидкого азота (−196 °C), где благодаря своему микрообъему, клетки мгновенно промерзают [18]. Доказано, что практически все виды микроорганизмов могут благополучно пережить «шоковую» заморозку.

А вот перспектива удачного замораживания многоклеточного организма пока туманна, т.к. связана с решением сложной проблемы: снижение скорости охлаждения воды с её последующим переходом в аморфное, а не кристаллическое, состояние [19], [20]. Определенная надежда здесь возлагается на криопротекторы — вещества, придающие организму устойчивость к замерзанию. Некоторые из криопротекторов являются одновременно ксеропротекторами, что лишний раз доказывает сходство механизмов ксеро- и криоанабиоза (рис. 6).

Рисунок 6. Добавление трегалозы (а) или глицерина (б) в питательную среду делает микробов устойчивыми к замерзанию. Эти криопротекторы обнаружены в гемолимфе морозоустойчивых насекомых, а по жилам полярных рыб течет «глицериновый антифриз» [21–24].

В самом деле, во всех случаях анабиоза обнаруживается один механизм: жидкая вода меняет свое агрегатное состояние, либо испаряясь (ксероанабиоз), либо замерзая (криоанабиоз). Поэтому идеальным вариантом погружения в анабиоз является сочетание вакуумного обезвоживания с замораживанием и хранением биообъекта при сверхнизких температурах. В этом состоянии организм максимально устойчив ко многим экстремальным факторам внешней среды.

Рисунок 7. Доисторическая пчела, «законсервированная» в капле янтаря.

Самые устойчивые к разнообразным экстремальным факторам внешней среды — эндоспоры бактерий [25]. Так, в 1995 году микробиологи Калифорнийского политехнического университета сообщили об оживлении спор бактерий Вacillus sphaericus, извлеченных из кишечника пчелы, «законсервированной» в куске янтаря 25–40 млн. лет назад (рис. 7)! А уже в 2000 году появилось сообщение о том, что сотрудники Уэст-Честерского университета (Пенсильвания, США) воскресили споры неизвестной бактерии, ждавшей своего часа в кристалле соли около 250 млн. лет [26]. Часть научного сообщества, естественно, попросту не поверила в достоверность этих сведений, посчитав, что сочетание фоновой радиации с отсутствием репарации ДНК в течение столь длительного времени обязательно должно было привести к возникновению летальной мутации.

Рисунок 8. Тихоходка или «водяной медведь» — собственной персоной.

На втором месте по устойчивости к экстремальным факторам находятся более высокоорганизованные, чем бактерии, организмы — тихоходки (рис. 8). Они способны находиться в анабиозе более ста лет, выдерживая при этом 100-градусный жар и радиацию, в 1000 раз превышающую летальную для человека дозу. Тихоходки могут выдержать даже кратковременное пребывание в открытом космосе [27–29]! Кстати, последнее обстоятельство подбадривает современных сторонников гипотезы панспермии [30].

Отсрочка костлявой

Представления о ксеро- и криоанабиозе уже давно осознанно используются в биомедицине. Например, при помощи лиофилизации (высушивания замороженного биообъекта) консервируют микробные клетки и споры, а также тромбоциты человека. А криобанками с их весьма необычными «вкладами»: коллекциями микробных культур, линиями клеток, семян, гамет, эмбрионов и тканей для трансплантации — уже никого не удивить [1], [18], [31]. Это реалии сегодняшнего дня.

Каковы же перспективы применения знаний об анабиозе? И надо ли нам это?

Конечно надо! И вот почему.

Освоение технологии погружения человека в анабиоз позволит глубже понять сущность жизненных процессов. Анабиоз как факт обратимой остановки этих процессов на молекулярном уровне предстанет реальным доказательством отсутствия четкой границы между понятиями «жизнь» и «смерть». Мы уже стоим на пороге создания биомедицинских технологий, которые недавно казались фантастикой.

«Мы приостанавливаем жизнь, но мы не называем это анабиозом, потому что это звучит как научная фантастика мы называем это аварийным сохранением и реанимацией», — говорит Самуил Тишерман — ведущий хирург начинающегося в госпитале Пресвитерианцев (Питтсбург, США) эксперимента, во время которого пациент будет подключен к аппарату искусственного кровообращения, после чего его кровь будет замещена специальной охлажденной жидкостью.

Только зачем всё это?

Позволим ответить на этот вопрос другому участнику эксперимента — хирургу Питеру Ри: «Если пациент поступит к нам через два часа после смерти, мы не сможем вернуть его к жизни. Но если он умирает, и мы приостанавливаем его жизненные процессы, появляется шанс запустить их после того, как будут исправлены структурные проблемы» (рис. 9).

Рисунок 9. От эксперимента, который задумал тандем высококлассных хирургов Тишерман-Ри, буквально стынет кровь в жилах, и это — не метафора. Слева: Самуил Тишерман, справа: Питер Ри.

Конечно, эта технология погружения по сути в состояние низкотемпературного гипобиоза уже давно успешно апробирована на подопытных. свиньях. В 2000 году Питер Ри просто «замораживал» животных. Через шесть лет он уже «замораживал» и потом оперировал смертельно раненных хавроний, добившись 90%-выживаемости [32].

Первое испытание «аварийного сохранения и реанимации» планируется провести на 10-ти раненных людях с констатированной остановкой сердца. Температура тела пострадавших будет снижена на пару часов до 10 °C. Этого времени хирургам должно хватить на устранение смертельных ран. Группой сравнения будут ретроспективно оцененные десять печальных случаев аналогичных ранений с безуспешными попытками традиционной реанимации.

Умирать не обязательно!

Понятно, что экстремальные факторы внешней среды способны уничтожить всякий организм. Но разве условия внешнего мира — это единственная причина смерти? Разве человек, создав идеальную среду своего обитания, избегнет смерти? Нет, конечно. Есть внутренний процесс, присущий самой жизни, который толкает ее к исчезновению. Это процесс старения, который мы можем замедлить, но не остановить.

Старение — это и есть та ситуация, когда жизнь подходит к порогу своего окончательного исчезновения. Так разве не логично воспользоваться «аварийным выходом» и временно «умереть», погрузившись в анабиоз? Конечно, это не остановит старение, но растянет жизнь на века! Возможно даже такая временная «смерть» поможет дожить до тех славных времен (а может и до Апокалипсиса — это как повезет), когда старение будет побеждено, и все люди будут молодыми и счастливыми. Тогда человек будет похож на графа Дракулу, периодически восстающего из гроба. тьфу — из анабиоза, дабы вкусить плоды прогресса текущего века и вновь уйти во временное небытие.

Учитывая два обстоятельства: 1) чем больше в ткани воды, тем лучше она переживет обезвоживание и 2) развитие индивидуума сопровождается постепенным обезвоживанием его тканей, — можно придти к следующему выводу: удачное по последствиям погружение в анабиоз вероятнее на ранних этапах индивидуального развития, проще говоря — задолго до наступления старости. Иначе следует искать способы замедления «онтогенетического» обезвоживания, выражающегося в уплотнении и сморщивании стареющих тканей.

И наконец последний вопрос. Допустим, мы научились погружать человека в настоящий анабиоз. Как это отразится на его личности? Насколько велика вероятность ее частичной или полной утраты?

Учитывая, что субстрат психики человека — ткани головного мозга содержат большое количество воды, а значит должны хорошо переживать обезвоживание, — можно надеяться на успешное сохранение личности пребывающего в анабиозе человека.

Анабиоз и долголетие, черви и гены

Жить много сотен лет, периодически «восставая из небытия» и проводя при этом значительную часть времени в анабиозе, не очень интересно. Было бы здорово обойтись без длительных периодов бездействия, живя одновременно и долго, и активно. Тут так же, как со сном: если бы нам не надо было спать, сколько бы всякого полезного мы сделали! Чего бы достигли! Но, увы, сон пока отменить не получится.

Во сне хотя бы можно развлечь себя просмотром сновидений, а в анабиозе так сделать не удастся. Но есть ли теоретическая возможность избежать долгих эпизодов анабиотического «простоя» и вместе с ним прожить 100 и более лет?

Не будем недооценивать братьев наших меньших (во всех смыслах) и обратимся к помощи известных модельных организмов — круглых червей Caenorhabditis elegans. Как и многие другие беспозвоночные, эти миллиметровые нематоды несколько раз за жизнь меняют свой облик, проще говоря — линяют. В норме у C. elegans четыре личиночные стадии (L1–L4) и стадия взрослой особи.

Если из малька всегда получается рыба, а из головастика — лягушка, то развитие Caenorhabditis elegans может иметь одно интересное ответвление. Если (прямо по Дарвину!) сородичей вокруг слишком много, а еды слишком мало, эта нематода на стадии L1 или L2 сворачивает с привычного пути «линька → линька → линька → половозрелая особь» и впадает в состояние с очень низкой скоростью метаболизма, без половых органов и без видимого увеличения в размерах. Состояние это называется dauer (от немецкого «прочный, продолжительный»; также её называют диапаузой или гипобиозом; рис. 10). То же самое происходит, если температура окружающей среды слишком низкая или слишком высокая, а также если рецепторы червя улавливают дауэр-индуцирующий феромон. Собственно, его концентрация указывает на плотность населения в популяции червей.

Рисунок 10. Круглый червь Caenorhabditis elegans. а — Половозрелый червь-гермафродит откладывает яйца. б — Стадия дауэра отличается по строению от взрослой особи и не размножается.

Одновременно с переходом в стадию дауэра у личинки C. elegans начинает активно работать ген daf-2, кодирующий инсулиновый рецептор у нематод и играющий роль в метаболическом пути инсулиноподобного фактора роста IGF-1 (insulin-like growth factor 1) [34]. (Кстати, этот метаболический путь устроен примерно одинаково и у круглых червей, и у рыб с лягушками, и у нас.) Результат реакций метаболического пути IGF-1 — угнетение активности гена daf-16. А меж тем, daf-16 регулирует работу целой сотни генов, ответственных за производство белков теплового шока (молекул, помогающих клетке выстоять против повышенной температуры окружающей среды и вообще повышающих устойчивость к стрессорам) и антиоксидантов [35]. Исследования соответствующих генных мутантов показали, что и daf-2, и daf-16 необходимы для наступления стадии дауэра, но действуют эти гены противоположным образом.

Из дауэра червь может превратиться в половозрелую особь, если на него подействует достаточное количество стероидных гормонов, объединяемых общим названием дафахронные кислоты (dafachronic acids; рис. 11). Эти кислоты, похожие по структуре на компоненты жёлчи, активируют ген daf-12, служащий фактором транскрипции генов нескольких рецепторов. В числе последних — рецептор к витамину D, а также Liver-X и Farnesoid-X (они регулируют обмен холестерина и жирных кислот). Дафахронных кислот становится много при наличии достаточного количества инсулина и TGF-β (трансформирующего ростового фактора бета, который ограничивает размножение клеток и не контролирует раковые клетки). После достижения половозрелости черви живут недолго.

Рисунок 11. Схема взаимодействий пути IGF-1 с некоторыми сигнальными молекулами при различных условиях среды.

В состоянии дауэра нематоды могут существовать до четырёх месяцев. По сравнению с тремя неделями их жизни после превращения в половозрелую особь это очень много. Но, конечно, для науки было бы гораздо интереснее, если бы C. elegans сохраняли способность жить долго без отказа от размножения и без ухода в стадию дауэра. Оказалось, что это возможно, только для этого надо быть мутантом. Активные и способные к размножению нематоды с мутацией в гене daf-2 живут в два раза дольше, чем «нормальные» особи, не проходившие стадию дауэра [36]. Кстати, мутации daf-2 не приводят к развитию опухолей (как это иногда бывает в случае излишне активной работы вероятных «генов долгожительства»), а, наоборот, подавляют их развитие [37].

Роль daf-2 в регуляции продолжительности жизни нематод открыли ещё в начале 1990-х, после чего уточнили многие биохимические каскады, благодаря которым можно повысить длительность жизни и обеспечить повышенную устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды (рис. 12). Кстати, большинство судьбоносных сигналов, «приказывающих» червю жить дольше, приходит из нервной системы, а не, скажем, от тканей мышц и не от кишечника [38]. Получается, в конечном счёте именно мозг управляет долголетием нематод.

Рисунок 12. Метаболические пути, влияние на которые обеспечивает высокую продолжительность жизни червям вида Caenorhabditis elegans. Стрелки — активация, горизонтальные чёрточки на конце «стрелок» — подавление.

Казалось бы, при чём тут долголетие человека? Дело в том, что, во-первых, все перечисленные гены нематоды имеют свои ортологи (соответствия) в ДНК нашего вида, а во-вторых, метаболический путь инсулиноподобного фактора роста 1 у C. elegans активируется и подавляется теми же веществами, что и у человека. Впрочем, не стоит списывать со счетов тот факт, что у человека нет личиночных стадий и тем более нет дауэра. Поэтому возможность влияния на человеческие аналоги биохимических каскадов, обеспечивающих долгожительство круглых червей, ещё предстоит всесторонне рассмотреть.

Автор врезки: Светлана Ястребова

Источник