Гипобиоз для путешествий на Марс
«ПРИГЛАШЕНИЕ К СОТРУДНИЧЕСТВУ»
Профессор Тельпухов Владимир Иванович и биофизик Щербаков Павел Васильевич на базе Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова с группой товарищей приступают к разработке гипобиотической капсулы - для перелётов человека в космосе.
Ранее сконструированная ими гипотермическая установка (1980-годы) для мелких лабораторных животных (крыс) станет базовым инструментарием по проведению дальнейших опытов с введением животных в гипобиотическое состояние - путём ингаляции наркотических инертных газов на фоне развивающейся гипотермии.
И даже на сегодня данный концепт российских учёных остаётся непревзойдённым, - то есть самым передовым в мире.
- Низкотемпературная барокамера для крысы в режиме анабиоза
- Низкотемпературная барокамера для крысы в режиме гипотермии
- Приглашаем к сотрудничеству российских и зарубежных учёных и всех заинтересованных данной тематикой
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ЗАМАНЧИВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ»
На сегодня ключевой научной проблемой остаётся - разработка эффективного метода введения организма высшего млекопитающего в искусственный гипобиоз.
[ «Гипобиоз (от греч. hypo - под, снижение и от греч. bíos - жизнь) - это функциональное состояние сниженной жизнеспособности организма со стабилизированным теплообменным гомеостазом»]
Достижение состояния гипобиоза может быть основано, в том числе, и на использовании для этой цели клатратообразущих газовых веществ, например, таких как ксенон, на фоне развития гипотермии.
Так благодаря известным наркотическим свойствам инертных газов и развивающейся гипотермии у высших млекопитающих индуцируется состояние сниженной жизнедеятельности.
Применение газов и газовых смесей для достижения человеком состояния гипобиоза - с целью выживания при критических ситуациях (катастрофы, военные действия) или в агрессивной среде обитания (Океан, Космос) - на сегодня может быть востребованным, и связано, прежде всего, с запросами подводных исследований и бурно развивающейся космонавтикой.
Но всё же, наибольший практический интерес на сегодня представляет - использование гипобиоза прежде всего в медицинских целях.
Известно, что благодаря гипобиозу уменьшается потребление кислорода и значительно возрастает выживаемость при различных травмах. Так гипобиоз может спасти жизнь человека при кровопотерях, глубоком шоке, кислородном голодании. Что особо актуально для различных техногенных катастроф и военных ситуаций.
К тому же, всё это может оказаться очень полезным для дальнейшего развития реаниматологии и отработки совершенно новых подходов к практическому спасению человека в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ).
Для проведения экспериментов по индуцированию гипобиоза высшего млекопитающего с поиском предельных временных границ этого гипобиотического состояния, прежде всего, необходимо разработать и изготовить специальную гипотермическую установку, что позволит осуществить на ней уникальные исследования.
[ «Гипотермия(от греч. hypo - под, низкое и от греч. thermos - тепло, теплота), то есть охлаждение. Гипотермией принято называть охлаждение любого биологического объекта только в положительных (!) областях температур, вплоть до 0°С» ]
Исходным пунктом при разработке гипотермической установки для последующего моделирования на ней гипобиоза лабораторной крысы, могли бы стать результаты предыдущих наших эксклюзивных экспериментов, выполненных на оригинальной гипотермической установке собственной конструкции, проведённые ещё в 1980-е годы командой академика Кованова В.В.
В 1980-е годы персональная Академическая Группа академика Кованова В.В. впервые экспериментально обнаружила и теоретически обосновала неизвестную ранее науке закономерность.
Суть находки заключается в следующем. Биологические объекты, насыщенные способными к гидратообразованию составными частями атмосферного воздуха (например, аргоном, криптоном, ксеноном), в условиях низких температур и повышенного давления остаются в жизнеспособном состоянии. То есть, переходят к анабиозу.
Этому неизвестному ранее науке явлению мы дали своё персональное название - «Клатратный анабиоз».
На основе обнаруженной закономерности, авторами открытия создано оригинальное изобретение, защищённое патентом: «Способ криоконсервации органов и тканей in situ». Патентообладатель ГБОУ ВПО «Первый московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова».
- «НАНОКРИОНИКА» (клатратное замоноличивание мёртвых тел людей и животных)
Изобретение удостоено золотой медали на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций. Может быть применено в медицине, биотехнологии, ветеринарии, животноводстве, хранении продуктов питания, научных исследованиях и даже сфере ритуальных услуг.
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
« К Л А Т Р А Т Ы »
Как это работает. Ряд газов и жидкостей образует гидраты. В том числе, большинство компонент воздуха атмосферы. Газовые гидраты принадлежат к типу клатратов и представляют собой рыхлые кристаллические структуры. Они состоят из объёмного матричного каркаса, образованного сцепившимися молекулами одного вида, например, воды («хозяин») и из внедрённых в эту ажурную сетчатую конструкцию посторонних молекул другого вида, например, каких-либо рабочих газов («гость»).
В процессе образования гидратов газов уже при пониженных температурах (положительные околонулевые температуры) может быть задействована организменная вода. Она частично иммобилизуется и выводится из биохимических взаимодействий.
Образующиеся по всему объёму клетки при небольших положительных температурах и повышенном давлении твёрдые микрочастицы, состоящие из микрокристаллогидратов этих благородных газов, забирают на себя в процессе строительства некоторое количество активной воды. Что и способствует незначительному снижению клеточного метаболизма.
Но наиболее эффективным для стабилизации гидратов инертных газов считается диапазон отрицательных температур.
Клатратный анабиоз - основа новейшей (альтернативной) криоконсервации биологических объектов.
Благодаря новому виду анабиоза возможно сохранять даже крупные биологические объекты - вообще без использования каких-либо обычных криопротекторов (глицерин, диметилсульфоксид, этиленгликоль, пропиленгликоль и др.).
К сожалению, Диплом на научное открытие «Клатратный анабиоз» так ещё и не получен...
- Диплом на научное открытие «Клатратный анабиоз» ещё не получен. Приглашаем в соавторы данного открытия - всех тех, кто сможет профинансировать - подачу заявки и оформление Диплома
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ПУТЬ ОТКРЫТ»
«Описаны эксперименты по глубокой гипотермии млекопитающих. Анализируется состояние гипобиоза живых организмов. Прогнозируется использование гипобиоза в медицинских целях и в дальних космических полётах»
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ДАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ»
Итак. Ключевой научной проблемой остаётся разработка методов безопасного введения человека в состояние гипобиоза на основе существующих способов снижения уровня метаболизма у человека и животных.
В том числе проблемных вопросов: установление границ предельной продолжительности безопасного поддержания организма в состоянии гипобиоза.
Для проведения экспериментов по индуцированию гипобиоза высшего млекопитающего с поиском предельных временных границ этого гипобиотического состояния, прежде всего, необходимо разработать специальную установку (сначала «мокрую», а затем уже на её основе «сухую»), что позволит осуществить на ней уникальные исследования.
- Возможный вариант «сухой» гипобиотической капсулы для полёта человека на Марс
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ГОНКА ЗА ГИПОБИОЗ»
Началась гонка за гипобиоз, - дающему человеку возможность безопасного перемещения в пределах всей Солнечной системы.
Почему экипаж межпланетного корабля должен находиться именно в гипобиотическом состоянии, - например, при полёте на Марс и обратно ?
Это можно понять после просмотра фильма «Дальний космос» :
- «Перед нами корабль, отправившийся на Марс, с двухлетней миссией, состоящий из трёх членов экипажа: командир, биолог и медик»...
- «Авария установки, очищающей воздух на станции, ставит экипаж под угрозу гибели»
https://yandex.ru/video/preview/6115794540778056790
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ЕЩЁ ОДНО ОБОСНОВАНИЕ»
«Обычно, человеку необходимо в сутки около 360-430 литров кислорода (при 15-16 вдохах в минуту), 2,2 л воды для питья, 0,5 кг сухой пищи и 1,8 л воды для санитарных нужд. То есть годовой запас всего этого для марсианской экспедиции составит около 2 т. на одного космонавта. Но никакая космическая экспедиция не может состоять из одного человека, и если взять команду, например, из пяти человек, то вес запасов жизнеобеспечения для полёта на Марс и обратно составит 30 тонн»
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
« Г И П О Б И О З »
«Гипобиоз (от hypo - под, внизу и bios - жизнь) - это состояние, при котором жизнеспособность организмов поддерживается без выраженных признаков их жизнедеятельности и отличающееся низким уровнем метаболизма. Примеры гипобиоза - оцепенение у рыб, диапауза у насекомых, гибернация (зимняя спячка) у млекопитающих»
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ГИПОБИОЗ КАК ПРЕДДВЕРИЕ АНАБИОЗА»
«Анабиоз (от греч. anabiosis - возвращение к жизни) - существование организмов и их частей в состоянии временного обратимого прекращения жизнедеятельности в результате выведения свободной (биологически активной) воды из биохимических взаимодействий в клетке - путём высушивания, осмоса или замораживания»
Именно снижение содержания свободной (биологически активной) воды в клетке и есть - физико-химическая основа перехода к любому из трёх известных («классических») видов анабиоза организмов и их частей ( 1. «Анабиоз в результате высыхания организмов»; 2. «Анабиоз в результате глубокого охлаждения организмов»; 3. «Анабиоз в результате нахождения организмов в среде с высокой концентрацией солей и высоким осмотическим давлением» ).
- Древесная лягушка Rana sylvatica на Аляске в анабиозе
- Лягушка в анабиозе
- Заледеневшие зимой до каменного (!) состояния в сельских неглубоких промерзаемых колодцах и родниках лягушки полностью жизнеспособны, так как пребывают в анабиозе и весной возвращаются к нормальной жизнедеятельности
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«С ЧЕГО ВСЁ НАЧИНАЛОСЬ»
С конца 1960-х годов и по 1990-е при кафедре оперативной хирургии и топографической анатомии 1-го Московского медицинского института имени И. М. Сеченова (ныне Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова), а потом при Всесоюзном научном центре хирургии АМН СССР (ныне ФГБУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б. В. Петровского» РАМН) стала работать научная группа (так называемая «Академическая группа»), которую возглавил всемирно известный в то легендарное время академик Владимир Васильевич Кованов.
Его персональная Академическая группа объединяла специалистов самого разного профиля, занимавшихся всевозможными способами консервации тканей и органов (по этому поводу смотрите интервью с академиком Ковановым в журнале «Наука и жизнь» 1985 год, № 7 - Губарев И. «Цель - химический анабиоз, или вторая жизнь формалина»).
В 1980-е годы сотрудникам Кованова удалось разработать совершенно уникальный метод долгосрочного хранения тканей и органов при отрицательных температурах.
- Молодая часть группы академика Кованова В.В.
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«НЕИЗВЕСТНЫЙ РАНЕЕ АНАБИОЗ»
Научным подразделением академика Кованова В.В. в лабораторных условиях впервые была обнаружена ранее неизвестная способность биологических объектов, переходить к совершенно новому, неизвестному ранее науке, а значит, уже четвёртому по счёту виду анабиоза - «Клатратному анабиозу».
Суть авторского метода заключалась в том, что организм лабораторной крысы, насыщенный инертными газами (смесь аргона, ксенона и криптона), сначала охлаждали до 0°С в атмосфере этих же газов, а затем замораживали.
За этапом гипотермии, в соответствии с авторской методикой, следовала клатратная криоконсервация - сначала крысу подвергали давлению этими же самыми газами, а затем охлаждали от 0°С до температуры жидкого азота (-196 °С), Таким образом удавалось эффективно сохранять органы in situ («на своём месте»). То есть предварительно их вообще не «вынимали» из тела животного и не производили с ними никаких подготовительных манипуляций.
«Клатратный анабиоз (от clathratus - загороженный и от anabiosis - оживление) или сокр. клатобиоз - существование организмов и их частей в состоянии временного обратимого прекращения жизнедеятельности в результате выведения свободной (биологически активной) воды из биохимических взаимодействий в клетке - путём образования клатратов»
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«КЛАТРАТНЫЙ ГИПОБИОЗ КАК ПРЕДДВЕРИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА»
Данные эксперименты, проведённые в Академической группе, показали, что ещё при нормальном атмосферном давлении можно достичь максимальной глубины гипотермии 0°С простым охлаждением всей (!) поверхности тела - обычной проточной ледяной водой. А благодаря применению на этом фоне инертных газов, крысы впадают в гипобиотическое состояние, что позволяет сохранять их органы жизнеспособными перед последующим интервалом уже низких температур.
То есть перед заморозкой, ещё до 0°С, животные, которых загодя «накачивали» инертными газами и подвергали глубокой гипотермии в этой же газовой среде, - впадали в гипобиоз, благодаря чему их органы на этом гипотермическом этапе сохранялись жизнеспособными вплоть на перспективу, перед дальнейшими криогенными манипуляциями.
Если, всё же, опыт не доводили до замораживания, а останавливали его на любой стадии самой гипотермии (вплоть до 0°С), то крыс, путём их согревания, можно было вернуть обратно к нормальной жизнедеятельности - выживаемость животных была 100-процентной, и никаких признаков патологии в дальнейшем у них не проявлялось.
- «Мокрый» способ гипотермии человека
- Возможный вариант «сухой» гипобиотической капсулы, сконструированной на базе стандартной барокамеры ОКА-МТ
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ВИНОВНИКИ ТОРЖЕСТВА»
Профессор Тельпухов Владимир Иванович и биофизик Щербаков Павел Васильевич - первооткрыватели клатратного анабиоза и основоположники научного направления - «Клатратная криоконсервация».
Именно они ввели в научный лексикон наряду с «Клатратный анабиоз» ещё и такие понятия, - как «Клатратный стазис», «Газовые криопротекторы», «Клатратный гипобиоз» («Газовый гипобиоз»).
Селфи на фоне Института биофизики клетки РАН (ИБК РАН) в Пущино:
- Слева направо: профессор Тельпухов Владимир Иванович и биофизик Щербаков Павел Васильевич во время своей консультативной работы в Пущино по передаче пионерного опыта в области глубокой гипотермии и клатратной консервации местным учёным
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«РЕКОНСТРУКЦИЯ ОПЫТОВ ПО ГИПОТЕРМИИ В ПУЩИНО»
Одновременное охлаждение (согревание) сразу всей поверхности высшего млекопитающего, в том числе и головы животного, именно проточной ледяной (тёплой) водой стало инновационным прорывом в области гипотермии.
Метод принудительной конвекции никто из иных исследователей в своих экспериментах по гипотермии до Академической группы вообще не применял.
Впервые в мировой экспериментальной практике для целей эффективного охлаждения и согревания подопытного животного был предложен охлаждающий/согревающий лабораторный термостат.
Благодаря принудительной (искусственной) конвекции, вызванной работой перекачивающего насоса ультратермостата, академистам Кованова удалось значительно улучшить теплоотдачу по сравнению с общепринятым классическим охлаждением (согреванием) животного в погружной ванне с непроточной ледяной (тёплой) водой.
Но всё же, только применение оригинального интубационного устройства конструкции Щербакова П.В. / Тельпухова В.И. - для проведения искусственной вентиляции лёгких мелких лабораторных животных, находящихся полностью в подводном положении, - позволило осуществить обратимую глубокую гипотермию целостного организма крысы в условиях продолжительного многочасового эксперимента.
Реконструкция опытов по глубокой гипотермии в Институте биофизики клетки (ИБК РАН) Пущино с непосредственным участием авторов данной методики - Тельпухова Владимира Ивановича и Щербакова Павла Васильевича :
- В самом начале создания лаборатории в Институте биофизики клетки РАН, расположенном в городе Пущино
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
НА ВИДЕО : «Обратимая глубокая гипотермия крысы по Щербакову П.В. и Тельпухову В.И. - основана на принудительной (искусственной) конвекции, вызванной работой перекачивающего насоса охлаждающего/согревающего ультратермостата - реконструирована в Институте биофизики клетки (ИБК РАН) Пущино при содействии непосредственно самого автора данной методики Павла Васильевича Щербакова по старым его наработкам ещё 1980-х годов (постановочный эксперимент заснят в 2015 году сотрудниками ИБК - демонстрирует Аверин А.С. со своим ассистентом)» :
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
« П О С Л Е Д О В А Т Е Л И »
1. Всё когда-то заканчивается. Прошло время и в силу вынужденных обстоятельств, вызванных определёнными причинами мы ушли из пущинского Института.
Но идеи, которые мы там постоянно излагали, остались на месте - в Институте биофизики клетки РАН (ИБК РАН).
Чем и неприменули воспользоваться бывшие пущинские коллеги...
После нашего ухода местные товарищи вдруг «разродились» целой серией интервью и научно-популярных статей - о возможных космических перелётах человека, погружённого в гипобиотическое состояние.
Сегодня бывшие коллеги из ИБК озвучивают то, что мы публиковали ещё задолго до совместной с ними работы...
Прежде всего это касается сугубо нашей идеи - «Клатратный анабиоз» (собственное авторское определение) - и всего того, что с ним связано (в том числе и «Клатратный [газовый] гипобиоз»).
Удивительно, но когда-то, в не столь отдалённом прошлом, почерпнутые именно от нас знания, сегодня они, как ни в чём не бывало, безапелляционно выдают за свои собственные.
Ребятки, по всей видимости, «потеряли берега», так как почему-то вообще не указывают, - что все эти идеи они впервые почерпнули именно от нас - ещё во времена совместной работы, на которую ими же мы были приглашены для перенятия опыта.
2. А вот другой, казалось бы совершенно независимый от нашего проект.
Так, вслед за Академической группой Кованова похожих результатов - по достижению гипобиоза мелких лабораторных животных (крыс) - добился доктор медицинских наук Ананьев В.Н. - из Института медико-биологических проблем РАН.
Но что примечательно, - Ананьев для достижения гипобиоза использовал в своих опытах с лабораторными крысами абсолютно тот же набор газов, что и мы (смесь аргона, ксенона и криптона).
...И провёл свои эксперименты лишь после того, как только были опубликованы результаты наших исследований.
- Возможный вариант гипобиотической капсулы для человека
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
«ВНАЧАЛЕ СЛАВНЫХ ДЕЛ»
Подытоживая можно сказать, - особые свойства инертных газов, которые при определённых условиях забирают на себя клеточную воду, помогают быстро и эффективно затормозить и обмен веществ, и работу нервных сетей.
В результате чего организм не так сильно сопротивляется охлаждению, - так что в гипотермию с гипобиозом его можно погрузить с меньшим риском.
То есть, тормозя обмен веществ с помощью газового метода, можно провести гипотермию с большей эффективностью - так, чтобы организм скорее погрузился в гипобиоз. Нужно только насытить биологический объект клатратообразующими газами.
К тому же благодаря искусственной атмосфере, созданной на основе инертных газов, можно полностью исключить пожароопасную ситуацию на космическом корабле, взявшим курс на Марс.
- Будущее за капсульной экспансией... ближнего и дальнего космоса.[ «Экспа́нсия - территориальное, географическое или иное расширение зоны обитания или зоны влияния отдельного государства, народа, культуры или биологического вида» (С) ]
_________________________________________