Жизни, спасенные холодом

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

«…Поцелуи Снежной королевы сделали Кая нечувствительным к холоду, да и самое сердце его превратилось в кусок льда… Он сидел на одном месте — такой бледный, неподвижный, словно неживой. Тогда Герда заплакала; горячие слезы её упали ему на грудь, проникли в сердце, растопили его ледяную кору». Г. Х. Андерсен «Снежная королева»

Кто знает, может быть, мысль замораживать живые клетки для сохранения в них жизни родилась под влиянием именно этой мудрой сказки великого датского писателя Ганса Христиана Андерсена. Но жизнь, как это часто бывает, оказалась интереснее и богаче вымысла.

За последние десятилетия в клинической практике резко возросла потребность в донорской крови. Во многих странах мира созданы специальные банки, где ее можно взять в любое время в нужном количестве. Но сохранять жизнеспособность отторгнутой от организма донора крови — дело далеко не простое. Любые стимуляторы обмена веществ оказываются бессильными: уже в конце первой недели взятая у доноров кровь старится, даже если ее хранят в холодильнике.

Решили прибегнуть к глубокому холоду. Эритроциты стали первыми клетками крови, которые удалось, не повредив, продержать несколько месяцев в замороженном состоянии. На этих сравнительно просто устроенных безъядерных клетках крови, словно на модели, изучали процессы, происходящие при замораживании и оттаивании. Прежде всего выяснилось, что не все эритроциты возвращаются живыми из царства глубокого холода.

Оказалось, что у них есть смертельные враги — кристаллики льда, которые возникают из воды при температурах от минус 3 до минус 40 градусов Цельсия. Клетки крови при этом травмируются и становятся биологически неполноценными.

Учеными были предложены растворы, понижавшие точку замерзания эритроцитной массы. На этом первом этапе работы можно было сохранять кровь в жидком состоянии при температуре до минус 16 градусов. «Холодоустойчивые» эритроциты теперь уже и через два с лишним месяца успешно справлялись со своей основной задачей — доставлять кислород тканям организма. Но дольше хранить их было невозможно, потому что при температуре до минус 16 градусов обмен веществ в клетках не прекращается, а лишь замедляется. Чтобы полностью подавить обмен веществ, надо было идти дальше в глубь температур, превращая кровь из жидкой в твердую, застывшую. Но вновь возникала все та же угроза — острые «колючки» кристалликов льда. Рентгеноструктурный анализ помог установить: чем быстрее происходит охлаждение эритроцитной массы, тем меньше размеры образующихся кристаллов льда и тем меньше вреда они наносят эритроцитам.

Если, например, охлаждение вести со скоростью 100 градусов Цельсия в секунду, то три четверти клеток после оттаивания остаются неповрежденными. Беда лишь в том, что добиться такого эффекта можно лишь с очень небольшими объемами эритроцитной массы: слишком трудно отвести все тепло за считанные секунды.

Хорошо бы обезвредить коварные льдинки, укутать во что-нибудь нежные тельца эритроцитов. И ученые нашли для них надежного защитника от разрушителя-льда. Им оказался глицерин. Если эритроцитную массу погрузить в раствор глицерина, его молекулы проникнут внутрь эритроцитов и образуют с молекулами воды связи, гораздо более прочные, чем связи молекул воды между собой. Это и мешает быстрому росту правильной кристаллической решетки льда. Сейчас роздано множество подобных защитных средств кроме глицерина. Каждое из них применяется в виде составной части сложного раствора в тех концентрациях, которые дают наибольший эффект в сочетании с оптимальными режимами охлаждения.

Группа ученых под руководством профессора Ф. Р. Виноград-Финкель разработала целый ряд методов замораживания и оттаивания эритроцитов. Один из них заключается в том, что эритроциты, помещенные в раствор, содержащий 10—20 процентов глицерина, охлаждаются жидким азотом до температуры минус 196 градусов в течение одной-двух минут.

Размораживают эритроциты в ванне с водой, подогретой до плюс 45 градусов, за сорок секунд. Более быстрое размораживание может повредить эритроцитам. Разрушителем станет уже оттаявшая вода, «ворвавшаяся» в клетку эритроцита. Размороженные эритроциты нужно хорошенько отмыть от ограждающего раствора, от клеток, разрушенных во время замораживания и оттаивания, от белков и от других клеток цельной крови, а потом отделить на центрифуге.

Теперь нужно ответить на главный вопрос: восстановятся ли эритроциты после всех пертурбаций, выпавших на их долю? Оказалось, что методы, разработанные учеными, сохраняют неповрежденными 85—95 процентов замораживаемых эритроцитов, и их основные показатели в день оттаивания почти такие же, как и в день замораживания.

Многочисленными опытами установлено чрезвычайно важное обстоятельство: длительность хранения практически не влияет на количество эритроцитов, полностью восстанавливающих свои функции после оттаивания.

Профессора В. А. Аграненко и Ф. Р. Виноград-Финкель изучали эритроциты, хранившиеся при минус 70 градусах около пяти лет. Было доказано, что в течение этого срока законсервированные холодом эритроциты сохраняют все свои биологические свойства.
У размороженной эритроцитной массы имеется целый ряд преимуществ по сравнению с обычной, цельной донорской кровью, в которую обязательно добавляются консерванты, а они далеко не безразличны для организма. В подавляющем большинстве случаев после переливания размороженных, хорошо отмытых эритроцитов у больных не наблюдалось тех отрицательных реакций, которые часто возникают даже после переливания свежезаготовленной донорской крови. Кроме того, эритроцитная масса не содержит плазмы крови, а именно в ней находит себе пристанище вирус гепатита — тяжелого заболевания печени, очень часто поражающего людей, которым переливали цельную донорскую кровь. Если же возбудитель гепатита «гнездится» не в плазме, а на поверхности эритроцита, то при отмывании от ограждающего раствора коварный вирус удаляется вместе с белковыми фракциями плазмы, лейкоцитами и тромбоцитами, к которым, кстати, бывают чувствительны многие больные.

Благодаря этим достоинствам размороженной эритроцитной массы хирурги охотно используют ее при операциях с искусственным кровообращением. Для одной такой операции требуется обычно 2—3 литра заранее заготовленной крови. Особенно трудно службе крови обеспечить потребности клиники, когда предстоит оперировать больного, имеющего редкую группу, например четвертую резус-отрицательную. Где взять сразу 2—3 литра такой крови? Вот тут-то на помощь приходят запасы размороженных эритроцитов.

А бывают случаи, когда для больного необходимо накопить его же собственную кровь, которая потребуется для переливания во время запланированной заранее операции. Есть люди, настолько чувствительные к чужеродным компонентам донорской крови даже своей группы, что переливание такой «чужой» крови может привести к роковым последствиям. Для этих больных только метод замораживания дает возможность в течение нескольких месяцев накопить необходимое количество их крови и хранить эту кровь в полноценном состоянии сколько потребуется.

Важно и другое наблюдение: отмытые эритроциты, попавшие в организм больного, практически не изменяют и свертываемости крови, а это крайне важно, особенно после операций на сердце.

Популярность замороженных эритроцитов у клиницистов растет из года в год. Метод, предложенный учеными, эффективен, но пока сложен и довольно дорог. Поиски продолжаются. Научившись замораживать и успешно хранить эритроциты, врачи, биологи и инженеры стремятся создать методы длительного хранения более сложных клеток крови — лейкоцитов и тромбоцитов.

Автор: А. Холмская.