CC BY
328
УДК 612.1
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ КРИОНИКИ, КРИОСОХРАНЕНИЯ КЛЕТОК КРОВИ И ТКАНЕЙ
|В.Н. КИДАЛОВГ, А.А. ХАДАРЦЕВ**
Криосохранение клеток, тканей, семенных жидкостей, зародышей различных организмов используется довольно широко в биологии, медицине и ветеринарии. Ведутся исследования по криоконсервированию организмов млекопитающих, включая тело человека (крионика). В этом направлении очевидны успехи трансфузиологии, в которой найдены подходы к криоконсервированию крови и ее компонентов, включая такие специализированные клетки, как эритроциты. Ключевые слова: криосохранение, крионика, микроуровень, проблемы
Консервирование клеток крови и тканей представляет собой комплекс воздействий, создающих условия для длительного их хранения вне организма в стерильном состоянии с максимальным сохранением биологических свойств, как форменных элементов, так и жидкой компоненты. Криоконсервация целых биообъектов является целью крионики. Перспективным способом создания запаса клеток и тканей для целей трансфузиологии и трансплантологии является их долгосрочное криоконсервирование в диапазоне криогенных температур, обычно ниже 100оС. Такие температуры необходимы для хранения биологического материала в течение долгого периода времени, в идеале, без изменений клеточной структуры и с сохранением функциональной активности.
При умеренно низких (—40°...-60°С) температурах эритроциты могут сохранять свои свойства в течение нескольких недель. Лейкоциты и тромбоциты в таких условиях сохраняются только несколько дней, поскольку это клетки с более сложными функциями и более сложным строением. При длительном хранении в первую очередь в ядрах лейкоцитов и других клеток регистрируются некоторые изменения. При нынешних технологиях консервирования свежая кровь, хранимая при температуре +4°С, сохраняет основные свои свойства от 21 до 45 дней. Более длительная сохранность обеспечивается в условиях ультранизких температур (-196°С). Замороженная кровь может быть перелита после хранения в течение более чем 15 лет.
Криобанки различных стран используют для хранения биообъектов жидкий азот. Компоненты крови также часто хранятся в жидком азоте, при этом используется не быстрое, а программированное, управляемое компьютером замораживание. Компоненты крови в основном хранятся в специальных пластиковых или металлических контейнерах. Для снижения риска переноса инфекций от донора к реципиенту осуществляется промывка и фильтрация крови перед замораживанием и вирусная инактивация криосохраненных гемокомпонентов. Современные методы исследования позволяют полагать, что качество крови после хранения, размораживания и промывки остается мало изменившимся по сравнению с моментом замораживания. При разработке оптимальных режимов криоконсервирования гемокомпонентов, клеток и тканей, встают проблемы обеспечения максимальной жизнеспособности биологического материала, влияния на этот материал физико-химических факторов, действующих во время низкотемпературного консервирования (эквилибр осмотического давления, фазовые переходы в текстурах жидкокристаллических компонентов биологических жидкостей (БЖ), проблемы дегидратации и регидратации, внутриклеточной кристаллизации при замораживании, фазовые переходы «лед - вода», регидратация и рекристаллизация при отогреве, влияние на функциональное состояние клеток процедур отмывки и переноса в изотонические условия перед трансфузией. Требует изучения морфофункциональный ответ клеток на физические и, особенно, химические факторы криоконсервирования (использование стабилизаторов свертывания, возникновение избытка или дефицита ряда ионов, на добавление лекарственных веществ, обычных, и разработанных на основе нанотехнологий, например, в комбинации с фул-леренами). На практике выявлены существенные недостатки используемых химических консервантов и стабилизаторов. Так использование гепарина не позволяет длительно сохранять консервированную с его помощью кровь, поскольку по мере увеличения срока хранения усиливается его инактивация. В результате, через несколько суток, начинают формироваться мелкие, а затем
* Санкт-Петербург
ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»
и крупные сгустки крови, несмотря на то, что этот процесс стараются замедлить добавлением в консервант глюкозы, изотонического раствора натрия хлорида, других веществ или поддержанием рН используемой смеси около 7,3. Гемоконсерванты должны препятствовать размножению микробов и обеспечивать клетки необходимыми питательными и энергетическими компонентами. Поэтому в их состав включают левомицетин, сульфацил натрия, трипафлавин, лимонную кислоту, трехзамещенный фосфат натрия, 4% раствор КаОИ, вещества способные поддерживать необходимые уровни АТФ и 2,3-ДФГ, обеспечивающие жизнеспособность клеток, сохранность кислородно-транспортной функции гемоглобина эритроцитов, и др.
Использующиеся на практике способы заготовки гемокомпонентов предусматривающих замораживание с различными скоростями от медленного со скоростью снижения температуры несколько градусов в минуту, до сверхбыстрого (со скоростью охлаждения несколько градусов в секунду). Разработан способ ультрабыстрого замораживания со скоростью охлаждения до 100° в секунду. Его недостаток состоит в том, что необходимо смешивание больших объемов эритроцитов с криофилактиком путем медленного добавления его в контейнер с эритроцитами при постоянном помешивании. Это необходимо для постепенного и равномерного смешивания криофилактика (глицерина) с эритроцитами. При этом недопустима обратная манипуляция по добавлению эритроцитов в криоконсервант, поскольку это стимулирует гемолиз. Для лучшей криосохранности клеточных элементов приходится использовать специальные пластиковые или алюминиевые контейнеры с большой поверхностью соприкосновения с окружающей средой, что позволяет ускорить теплоотвод при замораживании и увеличить приток тепла при оттаивании пробы. В специальных устройствах криохранилищ реализованы сложные технические решения, которые должны обеспечивать задаваемые временные и температурные режимы охлаждения и необходимые манипуляции с контейнерами, находящимися в жидком азоте. Устройства другого рода должны обеспечивать программируемое размораживание извлеченных из жидкого азота проб. Однако, при соблюдении всех ныне предъявляемых к технологиям криоконсервирования требований, вводить в сосудистое русло реципиента многих компонентов крови сразу после оттаивания - нельзя. Например, консервированные эритроциты с глицерином предварительно необходимо избавить от глицерина путем отмывания оттаявших эритроцитов гиперонкотическими растворами с понижающейся концентрацией. При использовании других криопротекторов следует учитывать возможные изменения клеток идущие в период размораживания вследствие процессов типа «кристалл - кристалл», «стеклофаза - кристалл», («вит-рификация - девитрификация»). В этом отношении необходим учет содержания в криопротекторе добавок (углеводов, белков, поверхностно-активных веществ и т.п.), приемов управления началом процесса фазового перехода «вода - лед», в разных по составу виду гемокомпонентах. Так криоконсервирование эритроцитов может быть успешным с 1,2-пропандиолом (криоконсервант «Пропандиосахароль»), а для низкотемпературного консервирования тромбоцитов человека, спермы птиц и рыб должны использоваться иные криоконсерванты [14].
Попытки уменьшения числа манипуляций с криоконсервиро-ванной кровью привели к созданию безотмывочных методов, использующих электрические морозильники для умеренно низких и низких (от -40° до -80°С) температур и консирвирующие растворы-криопротекторы: «Гекмолит» - для консервирования клеток костного мозга и «Кримолит» - для консервирования тромбоцитов, не требующие отмывания и позволяющие обеспечить 80-90% морфофункциональную полноценность этих элементов. С помощью препарата «Модежель» удается сохранять газотранспортные, гемо-динамические и реологические функциональные свойства эритроцитов [31]. При этом остаются не исследованными многие события на молекулярном уровне, связанные со способностями клеток к устойчивому функционированию. Известно, что при уменьшении содержания кислорода во взвеси клеток замедляется окислительное фосфорилирование и уменьшается содержание АТФ в клетках. После того, как клетки исчерпают все запасы кислорода, в них развиваются менее энергоемкие, но также жизненно значимые процессы. Вместе с тем, падение содержания кислорода ниже оптимального уровня переключает окислительное фосфорилирование на образование свободных радикалов, способных повреждать ДНК
и другие клеточные структуры и затруднять выполнение клетками своих основных функций [2].
Исследователи сталкиваются и с рядом других проблем длительного сохранения в функционально активном состоянии ядросодержащих клеток. В частности, не ясно распространяется ли внешняя морфологическая сохранность клеток на субклеточные и молекулярные уровни организации [24]. Нет полного понимания о допустимых сроках хранения клеток и тканей в замороженном состоянии, хотя некоторые научные наблюдения в областях смежных с археологией свидетельствуют о возможности оживления клеток, в частности микроорганизмов, через многие годы. Микробиологам удалось оживить замёрзшие 8 млн. лет назад бактерии и добиться их размножения. Однако за эти годы их некоторые индивидуальные черты стёрлись, остались только самые простейшие функции, что позволило определить период полураспада ДНК. Палеонтологами обнаружена сохранность клеточных элементов, в частности эритроцитов, в тканях динозавров (рис. 1).
Рис. 1. Эритроциты с ядрами из деминерализованных костей динозавров [9]
Очевидно, что период полураспада свойственен гемоглобину, белкам, антителам, ферментам и многим другим биологически активным веществам. По данным М. Швейцер [25] фрагменты гемоглобина, обнаруженные в костях динозавров могут составлять 3-15% от молекулы интактного белка при хранении в течение миллионов лет, хотя время начала деградация лабильных молекул этого сложноорганизорванного белка определить невозможно [9]. В опытах М. Швейцер с повторяющимися циклами «дегидратации
- регидратации», что может иметь место при криоконсервировании биообъектов, показано, что сосуды и мягкие ткани могут сохранять лишь некоторую первоначальную гибкость, эластичность и упругость [24]. Во многом остаются не выясненными вопросы морфофункциональных последствий взаимодействия различных клеток и тканей биообъектов с химическими веществами различной природы. В частности не ясно, как будет изменять микровязкость пограничных липидов текучесть клеточных мембран, подвергшихся циклу «замораживание - оттаивание» [3].
В отношении криосохранения тканей, органов и всего тела биообъекта перечень требующих решения проблем поднимается на новый более высокий уровень. В рамках крионики изучается биостаз живых или погибших биообъектов с использованием ультранизких температур. Крионика, как отрасль науки и коммерческой практики, занимается в основном поиском возможностей длительного сохранения тел тяжело больных или умерших людей с подключением нанотехнологий [26].
Целью крионического биостаза является сохранение терминальных пациентов до того времени в будущем, когда медицинские технологии позволят восстанавливать (излечивать) поврежденные клетки, ткани и патологически измененные функции организма [23]. В специализированных крионических организациях за рубежом процедура криостаза (криоанабиоза) проходит ряд этапов от заключения контракта и членства в крионической организации до криоконсервации, хранения и реанимации с последующим лечением. Уже сейчас стоимость криостаза в США может превышать 150000 долларов, при этом контракт предусматривает передачу всех прав на тело клиента крионической организации.
После получения крионической организацией извещения о смерти клиента или об угрожающих ситуациях - бригада специалистов крионической организации выезжает к местонахождению клиента. После получения свидетельства о биологической смерти, эта бригада начинает операции по подготовке тела клиента к замораживанию (насыщает ткани организма раствором криопротектора, начинает постепенно охлаждать тело и транспортирует его в депозитарий (хранилище). После завершения заморажива-
ния тело помещается в криостат, созданный по типу сосуда Дьюара, с жидким азотом. Порядок работ подразумевает возвращение замороженного биообъекта к жизни после размораживания и практического разрешения ряда проблем сугубо научного, этического, финансового и правового характера. Работы в области крионики должны разделяться в исследовательском плане в соответствии с известными уровнями организации природных объектов (уровни суперструн, внутриядерных взаимодействий, внутриядерных частиц, наноуровень (атомарный), молекулярный, клеточный, тканевой, органный, а также уровни функциональных систем организма, организменный и популяционный). Относительно первичные уровни организации ныне рассматриваются объединительной моделью фундаментальных взаимодействий. Эта модель претендует на роль фундаментальной основы, лежащей в организации живого, как важнейшего элемента всей Природы. Если исходить из ее посылок, то предельными для сегодняшнего понимания организации мира являются частные модели суперструн [1]. Следовательно, понимание структурного построения организма человека, как совершеннейшего природного объекта, уже нельзя ограничивать субатомными частицами и полями, поскольку последние формируются струнными полями (суперструнами). Влияние холода на этом уровне пока не определено, иногда даже не принимается во внимание, поскольку исследования ведутся еще только на наноуровне [21]. Опуская пока что недоступные для прикладной науки поиски на уровнях организации «суперструны - атомы», остановимся в основном на молекулярном и клеточном уровнях организации биообъектов, поскольку в исследовательском плане им значительно более «повезло» во внимании со стороны самых различных отраслей науки и практики уже в течение многих лет.
Исследования криоконсервирования клеток, тканей, отдельных органов и зародышей уже привели к широко известным практическим результатам [10]. Вместе с тем, реанимация тела больного человека, а тем более, умершего, подвергшегося криоконсервированию на долгие десятилетия и столетия с целью последующего излечения ныне инкурабельных заболеваний, может в настоящее время представляться фантастикой. Чтобы эти идеи могли быть превращены в реальность, ученому миру биофизиков, биологов, медиков, юристов и философов и др. придется решать большое число проблем, некоторые из которых уже очевидны.
На молекулярном уровне мало изученными остаются вопросы о сохранении активности большинства ферментов и иммунологически активных молекул (цитокинов, колониестимулирующих факторов и др.) после циклов «замораживание - оттаивание». Нет однозначного ответа и на вопрос о сохранности антигенной структуры специфических белков и иммуноглобулинов после криовоздействия, хотя возможности модификации антигенов, антигенного упрощения, либо изменения антигенной структуры самих молекул и соответствующих клеток и тканей при воздействии холода вполне реальны [13,18]. К настоящему времени остаются не изученными последовательности трансформации биологических молекул при разных скоростях и времени охлаждения в отдельности, а также в ближайшем молекулярном окружении в клетке, в жидкой среде или ткани. Не ясно, насколько допустимо криоповреждение субклеточных образований и клеток микрокристаллизацией и явлениями витрификации, так как не найдены пороговые уровни этих изменений, после которых полное восстановление их структур и функций становится невозможным. Требуется уточнить, будут ли криовоздействие и длительные сроки хранения биообъектов влиять на лимит Хейфлика [28], а, следовательно, на процессы воспроизведения и регенерации клеток после размораживания и реанимации. Не известно как будут деградировать ДНК и другие биологически важные молекулы организма при длительном воздействии фонового уровня ионизирующей радиации в сочетании с воздействием слабых электромагнитных полей, генерируемых аппаратурой криохранилищ. Потребуют уточнения вопросы сохранности жидкокристаллических свойств биологических молекул и сред после длительного хранения в замороженном состоянии, а также возможности клеток крови и других тканей восстановить все свои функции. Не раскрыт вопрос о значении изменений электрических характеристик клеток крови, таких как электрораспор, величины клеточного заряда, не позволяющие эритроцитам склеиваться и обеспечивающие оптимальную работу мембранных каналов обмена анионов и катионов между клеткой и окружающей средой. Вместе с тем очевидно, что остановка циркуляции крови приведет к оседанию эритроцитов на нижние внутренние стенки сосудов, их
сладжированию, а затем к рыхлой и плотной агрегации. Кроме того, проблема внутрисосудистого ресуспендирования клеток до сих пор даже не обсуждалась. Остается не выясненным, как будут вести себя расконсервированные клетки различных тканей после разных по длительности сроков хранения при низких температурах. Проведение уточняющих экспериментов в этом направлении потребует хранения этих биообъектов в замороженном виде в течение многих десятилетий, так как прогнозы о том времени, когда наука победит ныне инкурабельные заболевания человека - оперируют десятилетиями и веками. Из целей крионики вытекает проблема сохранения активности стволовых клеток при их консервировании в составе тканей. В соответствии с «теорией ниш», эти клетки сохраняют свои потенции к воспроизведению только в окружении благоприятствующих этому других клеток. Криовоздействие может изменять не только свойства стволовых клеток, но и самих клеточных ниш. Также недостаточно проведено исследований для прогноза функциональной сохранности стволовых и большинства соматических клеток в процессе «замораживания -размораживания», с учетом проявлений клеточного шока, развивающегося при быстром охлаждении [19].
Остается актуальной проблема клеточного криоповреждения. Известно, что гемолиз эритроцитов идет с выделением в окружающую среду гемоглобина. Гемолиз может патологически усиливаться под влиянием, холода, причем не только за счет микрокристаллизации, но и за счет появления холодовых антигенов, или из-за сенсибилизации клеток в различных по ионному составу растворах [16]. В прикладных работах по сохранению клеток крови для целей трансфузиологии, эмбрионов для целей репродукции - ныне используется ряд режимов «замораживания
- размораживания». Однако режимы и методы пригодные для клеток крови (или эмбрионов) могут оказаться неэффективными при криоконсервации клеток других тканей и целых органов, они могут не подходить для сохранения необходимых жидкокристаллических, биохимических свойств БЖ. Остаются не разработанными компромиссные варианты режимов криоконсервирования, приемлемые для всех или, хотя бы, большинства клеточных элементов организма. Особую область исследований в нашем технократическом мире составляют проблемы влияния электромагнитных излучений (ЭМИ) на организм человека. В биообъекте, облучаемом ЭМИ различных диапазонов, возможно появление трансмутаций с последующими качественными изменениями клеток [29]. Замораживание может стать причиной инверсии информационных внутриклеточных процессов. В таком случае, после оттаивания, клетки отдельных тканей не смогут информационно взаимодействовать с другими клетками из-за изменения положения и размеров различных внутриклеточных частиц и генерируемых и испускаемых ими электромагнитных волн [5].
Полагаем, что важным направлением становится создание исследовательских рабочих комплексов, позволяющих наблюдать и оценивать с помощью неинвазивных методик тезиограммы БЖ, «поведение» жидких кристаллов и клеточных субъединиц в процессе замораживания или оттаивания в реальном масштабе времени, а также позволяющих измерять морфологические, функциональные, спектральные, поляризационные характеристики таких микрообъектов как клетки и субклеточные структуры [6]. Обладающая жидкокристаллическими свойствами кровь и другие БЖ ведут себя подобно жидкому раствору, не отвердевающему целиком при постоянной температуре. При эксфузии БЖ и уменьшении концентрации воды в препарате вследствие дегидратации имеет место охлаждение жидкости до температуры начала кристаллизации, при достижении которой начинают формироваться аутозатравочные кристаллы [20]. При появлении в плазме крови сторонних частиц или частиц аутологичного происхождения, что может иметь место при использовании криофилактиков в период замораживания биообъекта, его внутренняя среда будет реагировать на это изменениями пространственного порядка своих химических связей. Это вносит качественную специфику в состояние внутренней среды и имеет определенные количественные пределы с позиций криоповреждения. Изменение физико-химического состояния внутренней среды организма не может не найти своего отражения в специфическом формообразовании ее внутриклеточных микроструктур. Подтверждение сказанному мы нашли в экспериментах, обнаруживших высокую чувствительность процесса самоорганизации БЖ к факторам внешней среды и к составу самой кристаллизующейся жидкости [6]. Динамические изменения кристаллов в процессе криовоздействия на биообъект сопровождаются нарастанием онкотического и осмотического
давления в клетках с опосредованным изменением структуры и функции клеток. В подобных условиях мы наблюдали изменение конфигурации и локальной диерез эритроцитов, их сладжирование и слияние, а также осмотическую активацию лейкоцитов и тромбоцитов, образование агрегатов и розеток из клеточных элементов. В компонентах крови, предназначенных для длительного хранения и последующего применения, иногда обнаруживались различные посторонние включения - частички материалов контейнеров, клетки поверхностных слоев кожи и др. (рис 2).
Феномен розеткообразования отражает повреждение мембран эрироцитов. Активность взаимодействия эритроцитов с тромбоцитами в виде эритроцитарно-тромбоцитарных коагрега-тов с заинтересованностью малых и больших форм тромбоцитов, а также и с эндотелиоцитами - может увеличиваться в случае дисфункции печени, почек и других органов пациентов криони-ческих центров [11,12].
а
А
Б
Рис. 2. Неспецифические изменения в компонентах крови, предназначенных для длительного хранения (световая микроскопия, увеличения от х300 до х800): 1 - неспецифические реакции активации клеток крови после цикла замораживание-размораживание:
А - эритроциты образуют розетки с тромбоцитами (объектив 40),
Б - лейкоциты образуют розетки с эритроцитами (объектив 40),
В - активация тромбоцитов (изменение формы и агрегация, объектив 70);
2 - находки в препаратах компонентов крови: А - слияние части эритроцитов в плотные конгломераты, Б - посторонние твердые частицы, обнаруженные в эритромассе.
Как известно [4,27], в процессе кристаллизации изменяются проявляющиеся в кристаллах связи, что проходят в условиях постепенного уменьшения процентного отношения поступательных и увеличением доли колебательных движений в формирующихся кристаллах. За счет упорядочения частиц, компенсации химической связи и перемешивания частиц из-за теплового движения в формирующихся препаратах, происходит снижение свободной энергии. При этом в сложносоставных кристаллизующихся БЖ формируются кристаллы с дефектами. Дефектное кристаллообразование в тканях и БЖ может быть связаны и с тем, что химический потенциал является функцией температуры, давления и концентрации и существенно зависит от наложения гравитационного, электрического и других внешних полей [22]. В тезиограммах БЖ нашей группой был обнаружен эффект влияния ориентации по отношению к силе тяжести по отношению к дендритным кристаллам, вихреобразным и другим фрактальным структурам (рис. 3).
Рис. 3. Изменения тезиограмм при изменении ориентации препарата к вектору гравитации (Световая микроскопия, объектив х25):
А - препарат цельной крови; Б - препарат спермы; В - 0,5% раствор бихромата калия. Верхний ряд - препараты располагались горизонтально; нижний ряд - препараты располагались вертикально.
А
Б
В
1
Следует учитывать, что помещение тела в жидкость (жидкий азот) при криоконсервировании изменяет влияние гравитационной компоненты и процесс формирования кристаллов. В результате может произойти уменьшение химического потенциала системы, вплоть до выравнивания химических потенциалов ее компонентов. Кроме того, в зоне кристаллов часть молекул растворителя (воды) плотно адсорбируется на гранях. В области выраженного пресыщения при наличии сформировавшихся кристаллов возможна электрокристаллизация на бездислокационных гранях кристаллов. Это обусловит полиморфизм кристаллов с последующим неодинаковым повреждением клеточных структур в зонах их образования. В изменения обликов кристаллов свой вклад вносит закономерность Панета: на кристалл наиболее хорошо адсорбируются те ионы, которые образуют с ионами кристалла наименее растворимое соединение. Нечетное количество электронов в молекуле (это может наблюдаться при использовании криофилактиков и введении их в сосудистое русло замораживаемого биообъекта) также обеспечивает повышенную адсорбционную способность. Следовательно, даже изменение рН среды отразится на характере кристаллизации БЖ, а наличие в жидкости аномально подвижных ионов Н+ и ОН- повлияет на скорость диффузионных процессов и инициирование отдельных химических реакций. В тканях и в сосудистом русле при плотном расположении клеток может измениться величина диэлектрической постоянной воды, что также будет влиять на процесс кристаллизации. Здесь проявляется правило Ра1ше1 (1952): диэлектрическая постоянная воды при комнатной температуре близка к 80,0, а между пластинами пленок она может снижаться до 8 раз, что ведет к возникновению упорядоченности молекул воды, как у льда [7]. Заболевания, прекращение жизнеобеспечивающих процессов, манипуляции по криоконсервированию - способны изменять состав БЖ, что повлияет на свойства биосубстратов, имеющих жидкокристаллический характер. Так белки плазмы, липо-протеиды, металлопротеины, хромопротеины и др. будут претерпевать изменения жидкокристаллической текстуры в период замораживания, будут изменяться их взаимосвязи с ионами, токсичными в свободном состоянии (железо, медь) [8]. Количество продуктов распада коллагена, фибрина, фосфопротеинов и др. может увеличиваться в период умирания, а также при воздействии холода [15]. Во время расконсервирования замороженного тела может понадобиться вливание собственной или чужой крови, либо переливание ее компонентов. Предполагают, что при вливании крови одного человека другому происходит передача чуждых реципиенту программ. Этот мало разработанный, но важный с точки зрения медицины, вопрос [17]. В научном плане предстоит установить, в какое время следует подвергать человеческое тело криоконсервированию. Ведь через 5-7 минут клинической смерти в мозгу и других тканях начинают развиваться изменения, считающиеся необратимыми и определяемые как «биологическая смерть». Следующая проблема связана с массой и объемом замораживаемого материала. Замораживание тела средней массой 70 кг и большого объема будет априори происходить дольше, чем эмбриона, а это может внести непреодолимые отрицательные поправки к уже имевшимся у данного биообъекта патологическим изменениям в организме. Удаление крови перед замораживанием и заполнение сосудов жидким криопротектором ставит целый ряд следующих проблемных вопросов:
- будет ли сохраняться собственная кровь биообъекта, как и
где?
- чем будет заменяться кровь человека при размораживании, в случае если собственная кровь не сохранена?
- где взять необходимое по объему количество «чужой» крови с подходящим для кровезамещения фенотипом?
Не следует забывать, что у отдельных людей формируется специфическая (по типу аллергической) реакция на холод, тогда криовоздействие в любом виде им противопоказано. Не ясно, как будут исследоваться в этом отношении клиенты криобанков? При охлаждении тела в БЖ изменяется количество биологически активных веществ, что отражается как на органах, тканях, так и на различных функциональных системах молекулярного уровня (системы поддержания агрегатного состояния крови, иммунная и др.). После размораживания тела человека придется существенно изменять подходы к реанимационному комплексу, тем более, что понятие информационной смерти мозга (с реанимационным пределом около 30 мин) пока не является устоявшимся и научно доказанным. Среди технических проблем крионики вырисовыва-
ется проблема создания автоматизированных камер, боксов или других устройств и контролирующих программ, позволяющих в течение многих лет и даже веков автоматически контролировать и изменять условия хранения замороженного биообъекта, а также корригировать их в соответствии изменяющимися научными достижениями в области криобиологии, информационной и другой техники. Юридическим тупиком может стать разрешение замораживать пациентов только после получения свидетельства о смерти. Кроме того, юридический статус подверженного гибернации пациента - труп, которому ничего не принадлежит, а сам он принадлежит фирме, юридически являющейся кладбищем [30]. Неразработанными в крионике остаются проблемы страхования на случай отказа техники, чрезвычайного происшествия и аварии в хранилище. Не ясно, кто будет продолжать хранение в случае банкротства частной фирмы, оказывающей услуги в области крионики, кто и как будет отвечать, если удастся воскресить замороженный биообъект, но не удастся достичь желаемого уровня здоровья? Философские и религиозные проблемы также требуют своего исследования. Есть люди, которые верят магическому слову «наука», а есть категории людей, которым идеи крионики чужды. Однако в крионике маячат извечные проблемы расшифровки процесса сотворения живого с помощью научных методов, и излечения ныне неизлечимых болезней. В то же время религиозный подход к решению этих проблем, например, в христианстве, своеобразен и более оптимистичен: воскрешение человека возможно божественной силой. Ряд крионических организаций США в конце 70 годов потерпели крах, поскольку перечень вопросов развивающейся крионики чрезвычайно широк, во многом не определены задачи, встающие перед исследователями, решившимися взяться за криоконсервирование больных людей для последующего воскрешения и продления жизни. Вместе с тем криоконсервирование клеточных элементов, тканей и органов человека давно доказало полное право на жизнь.
В заключение следует признать, что, по-видимому, восстановление функций органов, основных физиологических процессов и систем организма человека после размораживания, может иметь какую-либо перспективу только для подвергшегося криоконсервированию живого биообъекта. На этом долгом пути предстоит решить множество проблем по криосохранению макрообъектов, исследовать действие холода in situ на различные клетки организма при их криоконсервировании. Результаты этих исследований, независимо от их итогового знака, нужны для науки и для людей, планирующих подвернуть свое изможденное болезнями тело процедуре охлаждения до сверхнизких температур, с тем, чтобы не сделать преждевременный рискованный шаг в неизвестность.
Литература
1. Архипов М.Е., Субботина Т.Н., Яшин АА. Киральная асимметрия биоорганического мира: теория, эксперимент. Тула: «Тульский полиграфист». 2002. 243 с.
2. Бабийчук ЛА., Землянских Н.Г., Сумида С., Таура Йа., Ниджима Т. Аутотрансфузия эритроцитов кроликов после криоконсервирования безотмывочным методом // Пробл. криобиол. 2001. № 2. С. 61-65.
3. Белоус А.М., Бондаренко В.А. Структурное изменение биологических мембран при охлаждении. Киев: Наук. думка, 1982. 256 с.
4. Галиуллин Р.В. Кристаллографическая картина мира // УФН. 2002. Т. 172. Вып 2. С. 229-234.
5. Кидалов В.Н., Хадарцев АА., Сясин Н.Н., Якушина Г.Н., Краюхин А.В. Аутофлуоресценция нативных тканей и клеток крови и ее значение для медицинской практики: Монография.-Тула - Санкт Петербург, 2005. 108 с.
6. Кидалов В.Н., Хадарцев АА., Якушина ГН. Тезиографиче-ские исследования крови и их практические возможности // Вестник новых медицинских технологий. 2004. Т. XI, № 1-2. С. 23-26.
7. Кидалов, В.Н,. Хадарцев АА., Багаутдинов Ш.М., Чечет-кин А. В. Постоянство непостоянного в тезиограммах препаратов крови (к стандартизации исследований кристаллизации биологических жидкостей) // Вестник новых медицинских технологий. 2008. Т. XV. № 4. С. 7-13.
8. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа. 1998. 352 с.
9. Лунный А.Н. Противоречие между данными молекулярной палеонтологии и эволюционным представлением о возрасте ископаемых останков. Обзор последних научных исследований.
В кн.: «Православное осмысление мира». Материалы XIII международных рождественских образовательных чтений. «Шестод-нев». М., 2005. С. 199-240.
10. Мартынова М.В. Багаутдинов ШМ., Ващенко В.И., Че-четкин А.В.,. Сидоркевич С.В, Акимова О.В., Кононенко С.Н. Гемостатические свойства карантинизированной свежезамороженной плазмы // Актуальные вопросы гематологии и трансфу-зиологии: Материалы Рос. науч.-практ. конф. СПб., 2004. С. 157.
11.Осиков М.В., Кривохижина Л.В., Смирнов ДМ. Значение межклеточных взаимодействий в дисфункции клеток крови под влиянием мочевины // Ангиология и сосудистая хирургия. 2004. Т. 10. № 3. С. 43-44.
12. Осиков М.В. Влияние белков острой фазы на эритроци-тарно-тромбоцитарные взаимодействия // Тезисы международного молодежного медицинского конгресса «Санкт-Петербургские научные чтения». СПб. 2005. С. 116.
13. Пушкарь Н.С. О некоторых достижениях и проблемах криобиологии и криомедицины // Криобиология и криомедицина. 1975. Вып. 1. С. 3-7.
14. Рамазанов В.В., Лупилова НА., Тодрин А.Ф., Бондаренко Т. П. Влияние гемина на транспорт протонов в эритроцитах, внесенных в сульфатную среду // Пробл. криобиол. 2001. № 2. С. 13-16.
15. Тарасевич Ю.Ю., Православнова ДМ. Качественный анализ закономерностей высыхания капли многокомпонентного раствора на твердой подложке // Журнал технической физики. 2007. Т. 77. вып. 2. С. 17-21.
16. Тоинов А.А. Изучение особенностей сенсибилизации эритроцитов комплементом в растворе низкой ионной силы // Вестник службы крови России. 2007. № 2. С. 16-17.
17. Тоненкова М.М. Метаморфозы живой крови. Информационно-энергетическая сущность крови. М.: «Труд», 2002. 304 с.
18. Третьяков Ю.Д., Олейников Н.Н., Можаев А.П. Основы криохимической технологии. М.: Высшая школа, 1987. 376 с.
19. Усс А.Л., Мицкевич П.Б., Завгородняя И.Л. Криоконсервирование клеток человека // Медицинская панорама. 2003. №2 (27). С. 38-42.
20. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Санин А.Г., Санина О.А., Пелюшен-ко А.С. Белок и соль: пространственно-временные события в высыхающей капле // Журнал технической физики. 2004. Том 74. вып. 8. С. 100-109.
21. Drexler K.E. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. New York etc.: Anchor Books. 1986. 298 p.
22. Laudise R.A., Parker R.L. The Growth of Single Crystals // M.: Mir. 1974. 540 p.
23. Soloviev M.V. From Anabiosis to Cryonics // Cryonics. 1998. Vol. 19, № 3. P. 21-26.
24. Schweitzer M.H., Wittmeyer J.L., Horner J.R., Toporski J.K. Soft-Tissue Vessels and Cellular Preservation in Tyrannosaurus rex // Science. 2005. Vol. 307. № 5717. P. 1952-1955.
25. Schweitzer M.H., Marshall M., Carron K. et al. Heme compounds in dinosaur trabecular bone // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997. Vol. 94. № 12. P. 6291-6296.
26. Tipler F. The Physics of Immortality.- New York etc.: Doubleday. 1994. 518 p.
27. Handbook of Crystal Growth /Ed. by D.T.J Hurle. Nortn-Hol^d, 1993. 1995. Vol. 1: Fundamentals (Parts A and B); Vol. 2: Bulk Crystal Growth Parts A and B); Vol. 3: Thin Films and Epitaxy (Parts A and B).
28. http//biocells.ru/neo/organ_28html
29. http://vitash.narod.ru/item_ton1.htm.
30. http://www.starenie.ru/prodlevaem/krionizasiya.php
31.http://www.webapteka.ru/drugbase/name4104.html
URGENT ISSUES OF STUDYING CRYONICS, CRYOPRESERVATION OF BLOOD CELLS AND TISSUES
V.N. KIDALOV, A.A. KHADARTSEV
St. Petersburg Tula State University, Medical Institute
Cryopreservation of cells, tissues, seminal fluids and various embryos is rather widely used in biology, medicine and veterinary science. Researches on cryopreserving mammal organisms including human bodies (cryonics) are carried out. In this direction the success in transfusiology are evident, for herenew approaches to blood and blood component cryoconcervation have been found, including such specialized cells as erythrocytes.
Key words: cryopreservation, cryonics, microlevel, problems.
УДК 614.8:143.062-138
РЕАЛИЗАЦИЯ ЗДОРОВЬЕСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ВУЗАХ
Н.М.АГАРКОВ*, Н.В.АКИНИНА*
Статья посвящена проблеме создание здоровье сберегающей образовательной среды, которая будет способствовать увеличению активности обучающихся, формированию благоприятной психологической атмосферы на занятиях, обеспечению условий для самообразования.
Ключевые слова: здоровье сберегающая среда, здоровье сберегающие технологии, совершенствование педагогического процесса.
Современная концепция высшей школы предполагает формирование у будущих специалистов мышления на основе методической компетенции, ценностной ориентации и готовности к инновационной профессиональной деятельности, что, в свою очередь, должно эффективно стимулировать познавательную активность студентов. Для более эффективного достижения практических, общеобразовательных, воспитательных целей, поддержания мотивации обучающихся важно использовать элементы здоровьесберегающих технологий в учебновоспитательном процессе.
Цель исследования — рационализация здоровьесберегающих технологий, используемых для повышения эффективности педагогического процесса.
Материалы и методы исследования. В исследовании, рассматривающем возможности использования энергосберегающих технологий в учебном процессе, проведен анализ приемов, способствующих оптимизации учебного процесса в вузе. В работе использованы данные 60 студентов 1 и 2 курсов, опрошенных методом социологического анкетирования.
Результаты и их обсуждение. В настоящее время в результате интенсивного снижения здоровья населения одним из важных стимулов научного развития является проблема изучения человека как субъекта воспитания в условиях социального стресса и экономических преобразований. Медики и педагоги испытывают потребность в теории, интегрирующей все средства и методы изучения человека, медицинское и педагогическое руководство его развитием [1]. Работники системы образования связывают вопросы воспитания и обучения с разработкой здоровьесберегающих технологий, заключающихся в поддержании жизнестойкости, жизнеспособности обучающихся, что будет способствовать повышению эффективности педагогического процесса.
Познавательная деятельность и весь учебный процесс должны опираться на собственную активность личности в приобретении знаний, навыков и умений, развитие творческих способностей, нравственных качеств.
В учебном процессе важным является формирование у обучающихся определенного набора умений, которые позволят им стать активными субъектами обучения, выбрать профессиональную траекторию, самоопределиться в ней, успешно адаптироваться к изменениям конъюктуры на рынке труда [3]. Обладая организаторскими умениями, будущий специалист способен создавать оптимальную ситуацию профессионального взаимодействия, привлекать различные средства для достижения поставленных целей, принимать обоснованные решения в нестандартных ситуациях, проявляя самостоятельность. Коммуникативные умения позволяют устанавливать конструктивное взаимодействие с коллегами, налаживать оптимальные отношения, обладать культурой межнационального общения. Рефлексивные умения предполагают способность адекватно оценивать полученные результаты, ставить новые задачи, анализировать, обобщать полученные знания.
Таблица 1
Результаты опроса студентов об отношении к изучаемым дисциплинам
Курс Повышенный объем времени на изучение фундаментальных дисциплин Повышенный объем времени на изучение профессиональных дисциплин
1 курс(п = 30) 21 70 % 11 37 %
2 курс(п = 30) 9 30 % 19 63 %
* Юго-Западный государственный университет, Белгородский государственный университет СОФ
