Jak zmrozić krew w żyłach

To scena, która w USA rozegrała się w zeszłym roku ponad 15 tysięcy razy. Szpitalny oddział ratunkowy, zakrwawiony pacjent z raną postrzałową, zespół lekarzy i pielęgniarek walczący o powstrzymanie krwawienia z rozerwanej aorty. I tykający zegar.

Lekarze próbują jak najszybciej dostarczyć pacjenta na salę operacyjną. Ręcznie masują jego serce, jednocześnie starając się zszyć śliskie od krwi naczynia krwionośne, aby natleniona krew znowu zaczęła płynąć do mięśni, nerek, wątroby i, przede wszystkim, mózgu.

Ale nawet jeśli zrobią wszystko dokładnie tak, jak powinni, pacjenci, którzy docierają do amerykańskich szpitali w takim stanie, mają statystycznie zaledwie 5 proc. szans na przeżycie. Traumatyczne obrażenia, wywołane wypadkami samochodowymi, ranami kłutymi czy postrzałami, są w USA główną przyczyną śmierci ludzi poniżej 45. roku życia. W gruncie rzeczy pacjenci umierają z braku czasu.

„Te obrażenia są, z technicznego punktu widzenia, całkowicie reperowalne – mówi w rozmowie z tygodnikiem „The Atlantic” Samuel Tisherman, chirurg z Uniwersytetu Maryland. – Ograniczenia są logistyczne, a nie fizjologiczne”.

Tisherman postanowił rozwiązać najważniejszy logistyczny problem, zatrzymując zegar albo przynajmniej spowalniając jego tykanie tak bardzo, by stało się niemal niezauważalne. W listopadzie ubiegłego roku jego zespół, pracujący w szpitalu uniwersyteckim w Baltimore, ogłosił, że pierwszy pacjent przeszedł opracowaną przez niego procedurę EPR: ratunkowej prezerwacji i resuscytacji.

W ramach eksperymentalnej procedury lekarze gwałtownie schładzają organizm ofiary poważnego urazu. Podpięte do układu krążenia pompy zamieniają płynącą w nim krew na silnie schłodzoną sól fizjologiczną, która obniża temperaturę kluczowych organów, w tym mózgu. Podobna procedura jest stosowana przez chirurgów podczas złożonych operacji serca czy mózgu, ale Tisherman schładza pacjentów o wiele szybciej i o wiele bardziej: temperatura ciała ma spadać nawet do 10-15 stopni Celsjusza. To powinno dać lekarzom nawet dwie godziny na przeprowadzenie operacji bez poważnego uszczerbku dla mózgu. W porównaniu z dzisiejszą walką o sekundy to prawie wieczność.

Zahibernowani mimo woli

Nie wiadomo jeszcze, czy ten pierwszy zabieg skończył się pełnym sukcesem: tożsamość pacjenta, który trafił do szpitala w stanie agonalnym i nie miał żadnej szansy na przeżycie bez tak ekstremalnej interwencji, jest utrzymywana w tajemnicy, a Tisherman dopiero w tym roku ma opublikować w jednym z naukowych periodyków opracowanie opisujące szczegółowo procedurę. Pewne jest jednak, że jego praca budzi ogromne zainteresowanie nie tylko lekarzy. Badania Tishermana są współfinansowane przez Centrum Badań nad Telemedycyną i Zaawansowanymi Technologiami amerykańskiej armii, która, rzecz jasna, jest żywotnie zainteresowana wszelkimi technikami, które mogłyby dać lekarzom więcej czasu na ratowanie pacjentów z rozległymi obrażeniami.

Tisherman nie szuka w ciemno, bo medycyna zna przypadki pacjentów, którzy dzięki niskim temperaturom przeżyli w ekstremalnych sytuacjach. W ubiegłym roku brytyjska turystka Audrey Schoeman przeżyła zatrzymanie akcji serca na sześć godzin po tym, jak burza śnieżna zaskoczyła ją w hiszpańskich Pirenejach. Temperatura jej ciała spadła w tym czasie do 18 stopni Celsjusza. Po 12 dniach wyszła ze szpitala. W 1999 r. szwedzka radiolog Anna Bågenholm przeżyła, mimo że przez 80 minut znajdowała się pod powierzchnią lodowatej wody. A w jednym z najbardziej zagadkowych przypadków w historii medycyny, w 2006 r. japoński turysta Mitsutaka Uchikoshi przeżył wypadek, zapadając w stan nazwany przez lekarzy „pierwszym znanym przypadkiem ludzkiej hibernacji”. Japończyk złamał miednicę, schodząc z góry Rokko w zachodniej Japonii. „Drugiego dnia wyszło słońce, leżałem w polu i było mi bardzo wygodnie. To moje ostatnie wspomnienie” – opowiadał wychodząc ze szpitala w Kobe. Został odnaleziony przez przechodzącego wspinacza 24 dni później. Był odwodniony, miał zaledwie 22 stopnie, liczne uszkodzenia organów i ledwie wyczuwalny puls. Ale przeżył.

Prawdę mówiąc, te przypadkowe wyczyny Homo sapiens bledną jednak w porównaniu z możliwościami innych zwierząt.

Żaby i lemury

Pięć gatunków północnoamerykańskich żab jest w stanie przeżyć niemal całkowite zamrożenie: aż 70 procent wody w ich ciałach zmienia się w kryształki lodu. Komórki płazów są chronione przez glukozę, mocznik i białka wiążące się z ich błonami komórkowymi. Jeśli temperatura nie spadnie za bardzo – żyjące na północy gatunki są w stanie, zagrzebane w dodatkowo izolującej cieplnie glebie, wytrzymać nawet minus dziesięć stopni. Na wiosnę żabi sopel po prostu taje i się budzi.

W przypadku zwierząt stałocieplnych, takich jak ssaki i ptaki, proces hibernacji (lub torporu) jest nieco bardziej złożony, bo i cały proces termoregulacji jest kluczowy dla funkcjonowania organizmu. Naukowcy wciąż dokładnie nie wiedzą, jakie konkretnie sygnały metaboliczne powodują wejście zwierzęcia w stan torporu i wyjście z niego. Nie jest pewne, czy proces jest uruchamiany odgórnie, przez sygnał płynący z mózgu, czy oddolnie, przez przemiany zachodzące na poziomie komórkowym. Jest możliwe, że różne, ewolucyjnie odległe od siebie zwierzęta (kolibry, niedźwiedzie, świstaki) osiągnęły ten sam cel, czyli obniżenie temperatury ciała i spowolnienie metabolizmu, zupełnie różnymi metodami.

Pewne jest za to, że hibernować potrafią nawet zwierzęta blisko spokrewnione z nami, bo należące do naczelnych lemury. W 2005 r. niemieccy badacze odkryli, że żyjące na Madagaskarze lemurki średnie (Cheirogaleus medius) są w stanie, w okresach suszy i ekstremalnych temperatur, ograniczyć swoje zapotrzebowanie energetyczne do 2 proc. normalnego poziomu. A skoro potrafią to inne naczelne, to czemu nie my?

Kosmiczne eksperymenty

Najczęściej, choć nie wyłącznie, hibernują gatunki zamieszkujące zimne strefy klimatyczne. Człowiek jest z pochodzenia gatunkiem tropikalnym: w strefy umiarkowane i arktyczne zawędrowaliśmy dopiero w ciągu ostatnich 100 tys. lat i przystosowaliśmy się do nich nie ewolucyjnie, lecz technologicznie: nasi przodkowie nauczyli się przeżywać arktyczne zimy dzięki ubraniom, schronieniom, zmagazynowanej żywności i paleniskom. Hibernacja nie była nam potrzebna. Ale to nie oznacza, że głęboko w naszym DNA nie ma uśpionych genów odpowiadających za procesy obniżające tempo metabolizmu. Na razie nie udało się ich jednak odkryć.

Świętym Graalem lekarzy byłoby odnalezienie w naturze bądź stworzenie w laboratorium substancji, która pozwoliłaby bezpiecznie i szybko manipulować temperaturą ciała pacjenta. Skręcać nasz wewnętrzny termostat. Obniżenie tempa przemiany materii o 50 proc. oznacza podwojenie czasu, który organizm może przetrwać bez tlenu. Obniżenie go o 90 proc. oznacza dziesięciokrotne przedłużenie tego czasu. Dla medycyny ratunkowej to bezcenne. Ale nie tylko dla niej. Wiele wskazuje na to, że problemy z termo- regulacją stoją za niektórymi przypadkami bezsenności. Trwają też badania nad tym, jaki związek istnieje między naszym wewnętrznym termostatem a otyłością i cukrzycą.

Ale manipulowanie ludzkim termostatem – i potencjalne wprowadzanie człowieka w stan torporu czy hibernacji (ten pierwszy jest krótszy i mniej ekstremalny) – nie interesuje wyłącznie lekarzy czy wojskowych. Jeszcze zanim Gagarin poleciał w swój pierwszy, orbitalny lot, Amerykanie prowadzili pierwsze hibernacyjne eksperymenty, licząc, że wprowadzeni w stan torporu astronauci lepiej zniosą kosmiczne promieniowanie. W jednym z nich młody biolog James Lovelock, późniejszy twórca słynnej hipotezy Gai, zanurzał chomiki w lodowatej wodzie i budził je z tak wzbudzanego torporu, ogrzewając rozgrzaną łyżeczką.

Zainteresowanie agencji kosmicznych manipulacją ludzkim metabolizmem wynika z dokładnie tych samych względów, dla których proces funkcjonuje w naturze: torpor pozwala drastycznie zredukować zapotrzebowanie organizmu na wodę, kalorie i tlen. Podczas długich, nudnych, wielomiesięcznych podróży kosmicznych „wyłączony” astronauta byłby o wiele praktyczniejszy od czynnego. Przez pół roku lotu na Marsa załoga i tak nie miałaby zbyt wiele do roboty, a pozostawiając jedynie dwóch czy trzech członków załogi na nogach i „usypiając” pozostałych (jak wyobraził to sobie Arthur C. Clarke w „2001: Odysei kosmicznej”), planiści misji mogliby pozwolić sobie na wyposażenie ekspedycji w drastycznie mniejszą „spiżarnię”. To przekłada się na koszty i poziom skomplikowania wyprawy. Według cennika firmy SpaceX z 2016 r. wysłanie kilograma ładunku na Marsa – nieważne, czy kilograma astronauty, pojazdu czy kanapek z szynką – to koszt 15 422 dolarów. Tymczasem statek, w którym załoga podróż spędziłaby w torporze, mógłby mieć, według szacunków NASA, pięciokrotnie mniejszą objętość i trzykrotnie mniejszą masę. Nic dziwnego, że choć zastosowanie jest wciąż dość odległe, zarówno NASA, jak i ESA wciąż finansują badania.

Na potrzeby NASA nad systemem pracuje firma SpaceWorks. Jej szef, inżynier Mark Schaffer, jest optymistą. „Nie znaleźliśmy żadnych przeszkód nie do pokonania ani ze strony inżynieryjnej, ani medycznej” – mówił podczas Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego w Toronto w 2014 r. Opracowany przez niego system schładza astronautę przez wprowadzoną do nosa rurkę, pompującą do organizmu specjalny płyn. Cały proces trwa około sześciu godzin. Schaffer przyznaje, że to niezbyt wygodna opcja, ale w ten sposób organizm jest mniej podatny na potencjalnie niebezpieczne dreszcze. Aby obudzić astronautę, wystarczy przestać pompować płyn. Podczas hibernacji mięśnie załogi mają być stymulowane impulsami elektrycznymi.

W skali minut

Nie wszyscy astronauci są zachwyceni. Buzz Aldrin, drugi człowiek na Księżycu, stwierdził, że nie chciałby przegapić ani minuty lotu. Ale Bradford jest pragmatyczny: „Jeśli to ma być różnica między lotem na Marsa a pozostaniem na Ziemi, to wszyscy to zrobią”.

Tyle że wyzwania pozostają. Podróż na Marsa to pół roku lotu. Tymczasem do tej pory żaden człowiek nie został wprowadzony w stan torporu, który trwałby dłużej niż 14 dni. Wiele wskazuje na to, że potem zaczynają się poważne problemy, bo nasze organizmy są pozbawione wielu przystosowań, w które wyposażone są zwierzęta regularnie przechodzące hibernację. Problematyczne są i nasze płuca, które wypełniają się śluzem i zaczynają przypominać płuca astmatyka, i nasz układ trawienny. Eksperymenty na szczurach pokazały, że zwierzęta nieprzystosowane do długotrwałej hibernacji po dwóch tygodniach umierają na sepsę, wywołaną perforacją ścian jelit. Można też zapomnieć o tym, że pacjent czy astronauta budziłby się wypoczęty po półrocznym śnie. Jest dokładnie odwrotnie. Wiele budzących się z zimowego snu zwierząt przejawia oznaki ciężkiego niedoboru snu. Hibernacja to dla organizmu nie wzmacniający sen, lecz wyczerpujące wyzwanie. Przynajmniej ta długoterminowa.

Ale Samuel Tisherman w szpitalu w Baltimore nie myśli w skali tygodni, tylko sekund i minut. „Chcę jasno powiedzieć, że nie próbujemy wysyłać ludzi na Saturna – naciskał w rozmowie z „New Scientist”. – Próbujemy kupić sobie więcej czasu na ratowanie życia”.

Na razie jego badania trwają i nie jest jasne, jak długo będą jeszcze prowadzone. Chce przeprowadzić co najmniej dziesięć udanych zabiegów, zanim przedstawi ostateczne wnioski. A to, kiedy one się odbędą, zależy od tego, kiedy do szpitala trafi kolejna ofiara miejskiej przemocy, której życie może uratować wyłącznie medyczny eksperyment zatrzymujący na chwilę tykający zegar. ©