Хирурги наполнят тела пациентов текущим льдом
Время. Вот чего порой не хватает медикам, чтобы спасти жизнь пациента, пострадавшего от сильной травмы или сердечного приступа. Нескольких дополнительных часов, а то и минут, порой достаточно, чтобы успешно завершить пересадку органа или иную важную операцию.Но откуда взять эти "лишние" минуты? Американцы тестируют необычную технологию - они научились саму кровь превращать в подвижный лёд.
Десятилетия врачи используют защитную силу гипотермии. Сильно охлаждённый организм или отдельные органы до минимума сокращают потребление кислорода (что важно при остановке сердца), в них замедляется разрушение клеток. Но вот большой вопрос - как именно охлаждать живые ткани?
Сейчас на вооружении медиков находятся ледяные ванны и охлаждающие жакеты, ледяные одеяла и просто резиновые "грелки" со льдом внутри (слово "грелка" при таком применении данного предмета само просится в кавычки). Все они выполняют поставленную задачу, но вот темп охлаждения оказывается очень низким (имеется в виду температура в глубине, а не на поверхности тела). И потому в критических случаях внешнее охлаждение не столь уж и сильно продлевает агонию страдающих от обескровливания и гипоксии органов.
Куда лучше в этом плане выглядит внутреннее охлаждение, хотя проводить его сложнее. Сейчас с этой целью применяют холодный солевой раствор, подаваемый в кровоток в нужных местах. Но, увы, и этот способ не лишён недостатков. В силу характеристик физраствора его не получится охладить слишком сильно, а главное, тепло, которое он способен забрать у тканей, серьёзно ограничено.
Оригинальный выход из этой тупиковой ситуации придумали инженер Кен Коса (Ken Kasza) и его коллеги из американской национальной лаборатории Аргонн (Argonne National Laboratory). Надо просто "затолкать" лёд в сосуды, в полости тела (при операции) и даже в лёгкие пациента - вот он и охладится. Энергия, которую нужно затратить на растапливание льда, - велика, так что интенсивность охлаждения будет гораздо выше, чем при применении холодного физраствора.
Очевидно, просто так проделать подобный трюк можно только с трупом. Чтобы "набить" живого человека льдом по самую макушку, лёд этот должен быть необычным. Он такой и есть, спасибо системам охлаждения зданий.
При чём тут они? Всё просто и сложно одновременно: история экзотической охлаждающей жидкости для человека началась с промышленного проекта!
В конце 1980-х лаборатория Аргонн разработала технологию изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), способной без проблем течь по трубам различного диаметра, не собираясь в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая системы охлаждения. Экзотическая солёная водяная суспензия, придуманная в Аргонне, включала в себя мириады ледяных кристалликов, но не обычных, а специально подготовленных.
Эти частицы, во-первых, не угловатые и ершистые, как естественные кристаллы водяного льда, а округлые. Фактически - шарики. А во-вторых, они необычайно маленькие - с поперечником, равным диаметру человеческого волоса.
Благодаря обеим особенностям данная жижа сохраняет подвижность воды (шарики скользят друг относительно друга), но с точки зрения теплотехники представляет собой лёд, со всеми вытекающими. В частности, в централизованных системах охлаждения промышленных или офисных комплексов смесь Ice Slurry способна работать в 5-7 раз эффективнее просто холодной воды.
Предполагалось, что такая суспензия будет подготавливаться и храниться ночью в специальной установке, а днём распределяться по трубам среди соседних зданий, обеспечивая их охлаждение.
Вот только распространения этого антипода теплоцентрали так и не случилось. Едва ли не единственным случаем практической реализации системы был некий демонстрационный проект в Японии.
Но зато в 1999 году у Ice Slurry началась вторая жизнь. Кен Коса, директор департамента энергетики лаборатории Аргонн Роджер Пиппел (Roger Poeppel), а также Лэнс Беккер (Lance Becker) и Терри Ванден Хок (Terry Vanden Hoek) из медицинского центра университета Чикаго (University of Chicago Medical Center) создали Центр чрезвычайной реанимации (Emergency Resuscitation Center).
Центр этот объединил инженеров, врачей, биологов и химиков из университета и национальной лаборатории для разработки новых методов спасения пациентов. Особенно - в случае внезапной остановки сердца. И тут-то учёные решили всесторонне изучить и апробировать медицинское применение "гладкой ледяной взвеси", тем более что её микрокристаллы льда прекрасно проходили в довольно мелкие сосуды и не повреждали клетки.
Прежде всего исследователи придумали, как обеспечить быстрое охлаждение мозга человека, пока сердце остановлено и кровотока нет. Ice Slurry необходимо поместить в лёгкие (через трубку, вставленную в трахею) - догадались учёные. Ведь это эффективные теплообменники с развитой поверхностью, через которые проходит вся кровь.
Пока сердце не бьётся, принудительное сжатие грудной клетки заставит кровь, охлаждённую Ice Slurry, течь к головному мозгу. Ну а охлаждённый мозг может намного дольше выжить при кислородном голодании (обычно его клетки начинают гибнуть через 10 минут после остановки кровоснабжения).
Первые опыты на животных показали, что 2-4 литра Ice Slurry, введённые в лёгкие, позволяют охладить головной мозг на 6 и даже несколько больше градусов Цельсия всего за 10 минут, в то время как применение внешнего охлаждения за то же самое время понижает температуру внутренних органов животного (да и человека тоже) всего-то на 0,3 градуса. То есть скорость охлаждения по новой методике оказалась выше обычной в 20-30 раз!
А это уже может стать разницей, означающей спасение чьей-то жизни. При таком способе мозг может оставаться охлаждённым в течение часа, что даёт хирургам достаточно времени для реанимации.
Второй вариант применения смеси - непосредственный ввод её в кровоток. Через внутривенный катетер можно перекачать в сосуды немало Ice Slurry, а она уже сама разойдётся по органам, обеспечивая их охлаждение. Подвид того же метода - запуск жидкого льда в сонную артерию, для быстрой доставки к мозгу.
Третий - это обкладывание смесью отдельного органа при выполнении операции. Причём, поскольку смесь способна течь, её можно доставить к месту действия внутрь тела по тонкой трубочке. А это значит, что операция может быть малотравматической.
Логично спросить: а что с водой, которая получается в результате таяния смеси? Очень просто. Из лёгких излишки воды откачиваются специальным насосом через ту же трубку. А остатки усваиваются тканями. В случае же запуска суспензии Ice Slurry напрямую по кровотоку она также абсорбируется телом без вреда для организма, ведь фактически эта смесь - всего лишь особым образом приготовленный солевой раствор (биосовместимый).
В 2002 году группа учёных из лаборатории Аргонн и университета Чикаго получила четырёхмиллионный грант (на пять лет) от Национального института здравоохранения (National Institutes of Health) на развитие и испытания различных способов применения Ice Slurry в медицине. Необходимо было не только подобрать наилучшие параметры смеси, но и отработать все тонкости операций (режимы охлаждения, например), а также - убедиться в безопасности технологии и отсутствии побочных эффектов.
Ныне же пришла пора подвести итоги этой пятилетней работы. Ice Slurry оказалась настоящим чудом. Множество тестов на животных показали, что "ледяная кровь" удлиняет время, в течение которого можно спасти пострадавшего. Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осторожным оценкам, с 10-15 до 30-45 минут.
Мечта авторов проекта: чтобы запасами Ice Slurry оснащались не только госпитали, но и кареты скорой помощи. Если медики получат возможность немедленно вводить суспензию в кровь или лёгкие пострадавшего человека (при аварии на дороге, например), либо пациента, сердце которого остановилось после приступа (а портативные насосы для Ice Slurry находятся в разработке), это будет означать сохранение десятков жизней ежедневно только в одних США.
"Современное медицинское руководство говорит, что если вы хотите сохранить мозг, нужно снизить его температуру на четыре или пять градусов по Цельсию в течение 5-10 минут после остановки сердца, - говорит Коса. - Впервые у нас есть средство достижения необходимой температуры в этот короткий промежуток времени".
Тандем университет Чикаго - лаборатория Аргонн создал недавно институт биоинженерии, перспективной хирургии и эндоскопии (BIASE), в котором Кен и другие наши герои занялись развитием проекта: они испытывают установки по производству Ice Slurry, хирургические инструменты, необходимые для применения смеси (специальные насосы, наконечники), и так далее. А для анализа теплового взаимодействия между ледяной жижей и тканями Кен и его коллеги разработали специальные компьютерные модели.
Учёные намерены отработать ещё массу вопросов, связанных с технологией. Например, при принудительном охлаждении организм начинает усиленно вырабатывать тепло (дрожь помните?), а это расходует энергию, приводит к образованию и накоплению нежелательных продуктов (к примеру, молочной кислоты), снижает эффект от действия раствора.
Получается, что в идеале применение "жижи" должно сопровождаться медикаментозным подавлением холодовой реакции. (Если охлаждать только отдельный орган, подводя раствор к нему, такое подавление может и не потребоваться.)
А ещё медики экспериментируют со смешиванием синтетических заменителей крови, Ice Slurry и кислорода, что в сумме должно дать мощный защитный эффект для органов.
Недавно Коса, ряд его коллег по лаборатории, а также хирурги из университета Чикаго объединились, чтобы продемонстрировать преимущества Ice Slurry в трёх типах операций: лапароскопической хирургии почек, сердечно-сосудистой хирургии и в операциях, которые в противном случае несут высокий риск неврологических повреждений головного мозга и позвоночника.
В ближайший год команда намерена получить разрешение на первые клинические тесты своей технологии. Причём первым "кандидатом" на апробацию на людях будут операции на почках. Поскольку при таких операциях кровоток в почках почти прекращается, охлаждение их с помощью ледяной взвеси даст медикам дополнительное время. Тесты этой технологии на крупных животных дали многообещающие результаты.
Дальше напрашивается военное применение новинки: спасение солдат, пострадавших на поле боя. Ice Slurry значительно увеличит время, в течение которого человек может выжить в ожидании квалифицированной помощи. А ещё данный состав мог бы изменить технологию хранения донорских органов. В общем - перспективы интересные.
В ближайшем будущем Кен надеется найти биомедицинскую компанию (уже идут переговоры), которая оказалась бы заинтересована в коммерциализации "ледяной крови", налаживании её выпуска и производства соответствующего оборудования.
А о давней неудаче с кондиционированием на базе Ice Slurry уже никто и не вспоминает. Хотя, если подумать, может, именно провал того проекта подтолкнул изобретателей необычной суспензии к её альтернативному, медицинскому применению. Верно говорят, нет худа без добра.