ХИМИЧЕСКИЙ АНАБИОЗ
Мы привыкли к «чудесам» XX века. И все же не можем без волнения слышать о пересадке жизненно важных органов. Но часто ли мы задумываемся над тем, что им предшествовало, сколь долгими и трудными путями шли к ним исследователи?
Молодой врач из Молдавии В. Д. Розвадовский обратился на кафедру топографической анатомии и оперативной хирургии 1?го Московского медицинского института с дерзким предложением. .Он решил разработать оригинальный метод закрытия дефектов черепа при нейрохирургических операциях костным «лоскутом». Идея хорошая, но обосновать ее теоретически было невозможно. Откровенно говоря, не верилось в реальность предложения, хотя ценность его в случае успеха была бы огромна. Но что же, давайте проверим в эксперименте, — сказали ему.
Само желание научиться вживлять инородную ткань было чрезвычайно смелым. И маститые ученые и юные мечтатели, пытавшиеся взять этот барьер, неизменно терпели неудачи. Жизнь пересаженной ткани исчислялась днями, неделями. Итог всегда был один — гибель ее и рассасывание. Пока шли опыты, мы внимательно следили за тем, что делает молодой врач. Сомнения не покидали многих работников кафедры, в, том числе и меня (ее руководителя), до тех лор, пока мы не увидели своими глазами, что костный лоскут прижился и закрыл дефект черепа собаки.
Результаты эксперимента превзошли все ожидания. Кость свода черепа, выдержанная в слабых растворах формалина, при пересадке сохраняла жизнеспособность. Выраженной реакции отторжения не наблюдалось. Удивительнее всего было то, что кость вела себя не как протез, а как живая ткань. Она даже образовывала новые клетки. Оказалось, что непримиримый противник живой клетки формалин помог сохранить ей жизнь.
История замещения дефектов костей свода черепа уходит в далекое прошлое. Раскопки курганов и захоронений подтверждают, что древние лекари делали «заплаты» на поврежденных черепах воинов из пластинок золота и серебра. В качестве материала для «заплат» использовали даже скорлупу кокосовых орехов.
Пересадка тканей одного человека другому долгое время оставалась неразрешимой проблемой медицины. Но смелые опыты продолжались.
Амбруаз Паре (XVI в.) пересадил французской принцессе на место больного зуба здоровый зуб ее камеристки. Позже делались многочисленные /попытки использовать трансплантацию ткани для устранения костных дефектов. Врачи тщательно подбирали величину и форму пересаживаемой кости, соблюдали всевозможные предосторожности, но чаще всего она не приживалась, постепенно рассасывалась или отторгалась, как инородное тело.
В 1852 году Н. И. Пирогов первым в мире. выполнил костно–пластические операции при тяжелых повреждениях стопы. Чтобы создать опорную культю, он выкраивал кожно–костный «лоскут», содержащий часть пяточной кости больного, затем прикладывал ее к распилу костей голени и закреплял швами. В дальнейшем приставленная часть пяточной кости срасталась с костями голени и служила хорошей опорой ноги. Так было положено начало восстановительной хирургии. Получила распространение пересадка кости, взятой у самого больного. Хирурги использовали при этом не всю кость, а только часть ее, необходимую для замещения дефекта. Кровообращение при такой экономной трансплантации почти не нарушалось.
Однако даже в случае полного успеха операции больной неизбежно получал дополнительную травму, когда у него брали материал для пересадки. Кроме того, этот метод не давал возможности ликвидировать большие дефекты, но, самое главное, иногда через некоторое «время кость все равно рассасывалась, и дефект открывался снова.
Поиски новых путей пластики навели ученых на мысль использовать для пересадок ткани, взятые у животных. В 1670 году Макрен впервые в истории медицины успешно использовал кость животного для закрытия дефекта черепа раненого. Но здесь экспериментаторов подстерегала неудача. В 30–40 процентах случаев ткани отторгались. Тогда стали применять комбинированные методы и сочетать разного рода материалы. Но и это не получило широкого распространения в клинической практике. Все дело в том, что •не были известны возможности сохранения жизнеспособности кости, взятой от другого человека или животного.
Проводились эксперименты со сверхбыстрым замораживанием кости при температуре сжиженных газов. Однако вскоре убедились, что этот метод не гарантирует стерильности, громоздкий и дорогой.
В 1955 году советские ученые А. Н. Надеин, А. М. Сазанов, А. Ф. Павлова предложили новую оригинальную методику консервации костей в твердом парафине. Их исследования подтвердили, что кости после этого послушно «вживаются» в организм. Но добиться 100-процентного выздоровления больных не удавалось. В 10 с лишним процентах случаев результат пересадки был отрицательным.
Всесторонне изучая костную пластику, ее историю, ученые вспомнили об одном древнейшем способе консервации — в жидких средах. Решили создать условия, близкие к физиологическим. Лучшим веществом для консервирующей среды оказался формалин в слабых концентрациях. Метод был предложен В. Ф. Парфентьевой, В. Д. Розвадовским, В. И. Дмитриенко и разработан в деталях на кафедрах оперативной хирургии 1?го Московского и Кишиневского медицинских институтов. Он оказался сравнительно дешевым, не требующим сложной аппаратуры и достаточно универсальным. Многочисленные исследования показали, что кости, обработанные формалином, долго не утрачивают жизнеспособность. Работы ботаников, микробиологов подтверждали эти данные. Они показали, что незрелые клубни картофеля сохраняются в 3-процентном растворе формалина в течение трех лет и затем, высаженные в грунт, начинают расти, развиваться, плодоносить. Крупный советский хирург В. В. Войно—Ясенецкий успешно пересадил роговицу, обработанную формалином. Она хорошо прижилась и сохранила прозрачность.
Почему «оживает» формалиниэированная ткань? Дело в том, что растворы формалина не изменяют клеточную структуру и физико–химические свойства кости. Более того, обработанный формалином гомотрансплантат не только стимулирует образование кости из окружающих тканей, но и сам принимает в этом активное участие, создавая молодую костную ткань, позволяющую закрывать самые обширные дефекты.
В марте 1968 года в Институт нейрохирургии имени Н. Н. Бурденко поступила больная, у которой в лобно–теменной области черепа был дефект площадью 40 квадратных миллиметров. Он был закрыт формалинизированной костью. Через месяц больную выписали, и она уехала домой, в Смоленскую область. Периодически ее вызывают для обследования и убеждаются, что пересаженная кость ведет себя нормально.
Сейчас в институте сделано уже около четырехсот подобных операций.
На кафедре травматологии и ортопедии 1?го Московского медицинского института формалинизированную кость уже применяют при пластических операциях на позвоночнике. Первая такая операция была сделана в мае 1968 года. Больной полностью поправился и вернулся к труду.
Имеются хорошие перспективы лечения таких сложных заболеваний, как туберкулез позвоночника. В Институт туберкулеза в Москве поступила женщина, у которой были поражены 5 позвонков грудного отдела и уже появились первые симптомы горба. Врачи удалили все пораженные позвонки, заменив их костью, предварительно обработанной формалином. Через 6 месяцев больная была поднята с постели, а через 1,5 года у нее исчезли все признаки заболевания. Пересаженная кость прижилась и стала выполнять функцию удаленных позвонков. Горб не развился.
Интересные данные получили оториноларингологи, применившие пересадку костей в условиях инфицированной раны. Ликвидация полости в воспаленном сосцевидном отростке черепа путем заполнения ее формалинизированными костными и хрящевыми тканями привела к заживлению раны. В ухе прекратился воспалительный процесс. Сохранение структуры наружного слухового прохода позволило улучшить слух. Обработанные формалином ткани использовались также для заполнения лобных пазух в случаях хронических фронтитов, для устранения седловидных западений спинки носа, протезирования слуховых косточек.
В настоящее время трудно найти область хирургии, где в операциях по приживлению не использовали бы трансплантаты, консервированные формальдегидом.
Я не берусь утверждать, что разработанный в Лаборатории по пересадке органов и тканей АМН СССР метод консервирования костей и тканей путем обработки их формалином самый совершенный. Ведь наука не стоит на месте. Но пока очевидно, что по сравнению с Холодовыми методами консервации тканей, применение которых требует сложного технического оборудования, этот способ проще, дешевле и результаты дает не хуже, а часто и лучше. Поэтому к его изучению и внедрению уже приступили многие научные центры Советского Союза. Работами ученых подтвержден основной вывод этих исследований, а именно — при использовании в качестве консерванта тканей слабых растворов формалина практически отсутствует видимая реакция несовместимости в организме реципиента. Сращение трансплантата с костью «хозяина» наступает быстро и является прочным. Метод пересадки формалинизированных тканей весьма перспективен и займет должное место при пересадках различных тканей в клинической практике.
Однако в чем же секрет универсальности формалина? Почему формальдегид, длительно считавшийся клеточным ядом, оказывает защитное действие на живые клетки тканей? Тут возникает ряд проблем, связанных с изменениями, происходящими в клетке на молекулярном уровне. И еще один вопрос: а может ли формалин помочь сохранить удаленный из организма жизненно важный орган?
До недавнего времени науке был известен единственный способ сохранения биологических объектов— холодовый анабиоз, открытый крупным русским ученым биологом–экспериментатором П. И. Бахметьевым. Исследователь вскрыл ряд закономерносте». анабиоза при замерзании некоторых беспозвоночных (червей, насекомых) и низших млакопитающихся и установил, что под влиянием охлаждения наступает временная приостановка жизнедеятельности организма или отдельных его органов и тканей. При наступлении благоприятных условий анабиоз исчезает и восстанавливается нормальная жизнедеятельность.
Холодовый анабиоз — одна из наиболее древних, выработанных в процессе эволюции, форм естественного приспособления организмов к неблагоприятной среде. Ярким примером этого явления в природе служит зимняя спячка животных.
Сейчас уже доказано, что при помещении тканей и органов в условия низкой температуры они впадают в состояние мнимой смерти, при создании же условий, близких к естественным, они восстанавливают свои прежние функциональные способности. В настоящее время холодовый анабиоз широко используется в хирургии и при трансплантации органов. Однако возможности его очень ограничены. Поэтому и возник вопрос о целесообразности применения химических веществ для подавления процессов обмена.
Обмен веществ, как известно, — основа основ жизнедеятельности любой ткани. В свою очередь, никакой обмен не может происходить без ферментов — своеобразных белковых катализаторов, ускорителей, имеющихся в клетке. Как же ведут себя ферменты при воздействии на них химических веществ? Исследователи нашли ряд фармакологических препаратов, которые подавляют те или иные ферменты, но они не. могут предотвратить гибель органа. Имеется и ряд химических веществ, также необратимо подавляющих ферментативную активность в органе.
В Лаборатории по пересадке органов и тканей в процессе разработки метода консервации тканей, наконец, удалось найти универсальный блокатор ферментативных процессов, не вызывающих их гибель. Им оказался давно известный формальдегид, или формалин.
Свойства этого вещества, открытого в 1859 году, описаны в сотнях статей, исчерпывающие сведения о кем можно найти в многочисленных монографиях и справочниках. Благодаря высокой химической активности формальдегид применяется очень широко. Он необходим при синтезе смол и красителей, при производстве каучука, выделке кож, в сельском хозяйстве, в медицине. Американский ученый Дж. Уокер, автор фундаментального исследования по формальдегиду, перечисляет более 20 направлений хозяйственной и исследовательской деятельности, в которых формальдегид играет существенную роль.
В медицине это вещество применяется с 80?х годов прошлого века, чаще всего в 40-процентном водном растворе, который обычно называют формалином, реже — 40-процентным формальдегидом. Пригоден он для дезинфекции, консервации анатомических. препаратов, изготовления сывороток и вакцин. Концентрации раствора могут быть различными (0,5–30%).
Кто, когда и с какой целью ввел формалин в медицину?
Заглянув в каталоги Государственной центральной научной медицинской библиотеки, мы обнаружили сотни карточек с названием работ, свидетельствующих о самых разнообразных областях использования формалина: «Лечение кожного рака формалином» (1927 г.), «Лечение гонореи парами формалина» (1928 г.), «Обезвреживания змеиного яда гюрзы формалином» (1940 г.), «Терапевтическая доза формалина при лечении зубов» (1937 г.), «Лечение отморожений, формалиио–карболовым раствором» (1942 г.), «К лечению грибковых заболеваний формалиновой; мазью» (1954 г.), «Лечение острых ангин и ринитов ингаляцией паров водного раствора формалина» .(1950 г.).
Объяснение такой популярности формалина, по-видимому, нужно искать в его активности и сложных взаимоотношениях с белками. Одни исследователи и врачи–практики стремились лри помощи формалина убить, обезвредить клетки злокачественной опухоли, другие — бороться с инфекцией, вызывающей гангренозный или воспалительный процессы. Именно свойство формалина губительно воздействовать на микроорганизмы привело к широчайшему применению его в качестве дезинфицирующего средства, для обеззараживания помещений, одежды, медицинских инструментов.
Давно было подмечено, что самые неожиданные, самые случайные научные открытия — вовсе не случайны. Они как бы запрограммированы логикой развития наших знаний, всем ходом исследования. Как принято говорить, они «носятся в воздухе». Их ждут, а порой предсказывают. И если такие предсказания являются косвенными, на первый взгляд, отдаленными, то тем выше должна быть проницательность исследователей, тем больше настойчивость, чтобы правильно оценить факты и скрытые до поры до времени связи между ними. Так было и с формалином.
Можно проследить шаг за шагом весь путь становления проблемы консервации органов и тканей с помощью формалина.
1932 год. Английский исследователь Э. Пирс, изучая взаимодействие формалина с белковыми веществами, призвал учесть «многообразие и сложность этих реакций». Ни слова больше, но это означало — Ищите! В 1960 году он вернулся к этой проблеме и установил, что активность ферментов под влиянием формалина угасает не сразу, а постепенно.
В 1938 году профессор Б. Н. Тарусов отметил, что нервная и мышечная ткани после обработки их формалином в течение определенного времени сохраняют электрические потенциалы.
В 1949 году советский микробиолог Н. И. Леонов высказал мнение о том, что формоловые вакцины (т. е. приготовленные с помощью формалина) в ряде случаев оказываются не «убитыми», а «живыми». Вирусы и микробы в них могут размножаться. Иными словами, был поставлен вопрос о способности микроорганизмов при некоторых условиях выживать в растворе формалина.
Каковы же теоретические предпосылки сохранения жизни органа в растворах формалина? Вот основной вопрос, который поставили перед собой исследователи Лаборатории по пересадке органов и тканей АМН СССР.
Реакция формальдегида с белком состоит из 2?х этапов. На первом соединение это обратимо, на втором — нет. Меняя условия опыта, можно по своему желанию фиксировать белковые вещества органа как на время, так и навсегда. Таким образом, открывается перспектива управления внутриклеточными реакциями.
В результате длительных исследований удалось доказать, что формальдегид присутствует во всех жизненно важных органах, в одних в большем, в других в меньшем количестве. В норме формальдегид — промежуточный продукт, имеющийся во всех тканях и принимающий участие в ключевых реакциях обмена веществ. Превышение уровня его в 4–5 раз по сравнению с нормой приводит к замедлению обменных процессов в ткани. Следовательно, изменением концентрации формальдегида можно регулировать интенсивность обмена веществ, «выключить» жизнь органа на короткое время, то есть блокировать происходящие в нем процессы, а потом восстановить их.
Мы приступили к экспериментам на таких жизненно важных органах, как почки, сердце, мозг. Сложность заключалась в выборе метода введения формальдегида, влияние которого на органы решили изучить непосредственно в живом организме. Для этого животному внутривенно с определенной скоростью вводили формальдегид различных концентраций. Происходило постепенное угнетение сократительной функции сердца и биоэлектрической активности сердца и мозга. Данные биохимии свидетельствовали о том, что процессы обмена в органах отсутствовали. Казалось, что они погибли. Следующая задача — оживление органов. Какова же была наша радость, когда после подключения их в кровоток почка начала выделять мочу, сердце — сокращаться в своем обычном ритме, а в мозгу появилась электрическая активность. Тщательно изучив на большом экспериментальном материале это явление, мы получили неопровержимые доказательства обратимости воздействия формальдегида на жизненно важные органы. В дальнейшем была доказана и возможность продления жизни органа, в котором кровоток на время прекращался.
Проведенные нами исследования с уксусным, пропионовым, глутаровым альдегидами позволили установить аналогичную закономерность их влияния на деятельность жизненно важных органов. Различие заключалось лишь в концентрации раствора и длительности воздействия. Обратимость блокирования альдегидами жизнедеятельности в биологическом объекте мы доказали на органном, клеточном и молекулярном уровнях, назвав это явление химическим анабиозом. Солодовый анабиоз — старое доброе средство хранения органов и тканей, известное с начала века, обрел в нашем методе достойного «конкурента».
Открытие химического анабиоза вносит коренное изменение в уровень научного познания. Его значение состоит в том, что оно служит теоретической основой для выполнения широкого спектра научных исследований и практических разработок в различных отраслях знаний, в частности, в биологии, медицине, генетике, ветеринарии, агрономии, науке о космосе и других.
В медицине применение открытого явления возможно в таких областях, как хирургия, онкология, оториноларингология, нейрохирургия, стоматология, фтизиатрия, травматология, ортопедия и военно–полевая хирургия, с целью блокирования обменных процессов при различных заболеваниях.
В настоящее время нами подготавливается эксперимент по блокированию, с помощью введения альдегидов, всех жизненно важных процессов организма на определенный промежуток времени с последующим их восстановлением.
А если посмотреть в далекую перспективу использования химического анабиоза, то думается, что, подбирая различные условия взаимодействия альдегидов с жизненно важными структурами клетки, удастся сохранять длительное время (месяцы, годы) органы, способные функционировать при пересадке их человеку. Можно будет создать обширную «кладовую» органов, которая обеспечит спасение жизни тысячам людей.
Я убежден, что способностью вызывать химический анабиоз обладают не только альдегиды. Исследователи, несомненно, найдут более совершенные универсальные блокаторы обменных процессов в организме и органах, которые будут широко применяться в народном хозяйстве. Поиски практического использования химического анабиоза продолжаются. Одно ясно. Задача сложна, и для ее решения потребуются усилия ученых различных специальностей. Пока же можно сказать — первый шаг сделан.
