Много раз предпринимались попытки оживить взрослых млекопитающих после остановки дыхания и сердца, обусловленных экспериментальной гипотермией.
Так, Винтерштейн охлаждал морских свинок и кроликов до температуры внутри тела 6—11° и добивался временного восстановления жизненных функций, вводя в кровоток теплый раствор Рингера с адреналином и проводя искусственное дыхание. Лютц обнаружил, что в некоторых случаях морские свинки, подвергшиеся охлаждению до температуры тела 0°, оживали при погружении их в горячую воду. Однако спустя несколько дней после такого, казалось бы, успешного оживления животные погибали.
В конце второй мировой войны в Белграде во время одного из воздушных налетов была уничтожена университетская библиотека. В связи с этим д-р Анджус, работавший на кафедре физиологии, не знал, что, согласно литературным данным, летальная температура тела у взрослых крыс составляет +15°. Поэтому он и не отказался от попыток оживлять животных после остановки сердца и дыхания, вызванной охлаждением до значительно более низких температур. Он вызывал у крыс состояние наркоза, помещая их в герметические стеклянные сосуды, обложенные, льдом, и заставляя, таким образом, вдыхать ими же выдыхаемый воздух. У животных создавалось одновременно состояние гипотермии, гипоксии и гиперкапнии. Приблизительно через 2 час наступала полная летаргия при температуре внутри тела от +18 до +20°. Крыс извлекали из сосудов и обкладывали измельченным льдом. На данном этапе опыта наблюдалось еще глубокое дыхание и роговичные рефлексы. Ректальная температура быстро понижалась до + 15°, и в этот момент прекращалось дыхание. Еще через несколько минут ректальная температура достигала +6°, после чего уже не прослушивались тоны сердца. Температура внутри тела продолжала понижаться, пока не падала примерно до +1°. Анджус обнаружил, что в тех случаях, когда он согревал в горячей воде сразу все тело и проводил искусственное дыхание, животные не оживали. Если же он обогревал только область сердца, прикладывая к груди металлическую пластинку, нагретую на бунзеновской горелке, сердечная деятельность всегда восстанавливалась. Затем Анджус вдувал в легкие воздух с помощью резинового баллончика и катетера, введенного в ноздри животного. Он чередовал согревание в области сердца с искусственным дыханием до тех пор, пока ректальная температура не достигала примерно +10°, после чего горячей водой (40—50°) обогревал шею крысы. Согревание в области сердца и вдувание воздуха в легкие возобновляли, а в случае необходимости, кроме того, сжимали грудную клетку. Когда температура внутри тела повышалась примерно до +15°, у крыс, лишенных всяких признаков жизни, восстанавливалось самостоятельное дыхание. После того как сокращения сердца и дыхание становились нормальными, Анджус держал животных в теплой воде до тех пор, пока температура внутри тела не достигала приблизительно +30°. Вскоре крысы поднимались на ноги, и у них восстанавливались остальные рефлексы. До этой стадии удавалось оживлять большинство животных, подвергавшихся охлаждению до —1, причем около 20% крыс жили несколько дней после опыта. Лишь немногие из крыс, охлажденных до +1°, у которых почти 1 час отсутствовали дыхание и сердечная деятельность, жили продолжительное время после полного восстановления жизненных функций.
В наших совместных работах с Анджусом, проводившихся в Национальном институте медицинских исследований в Лондоне, мы исходили из предпосылки, что любая охлажденная до состояния обледенения крыса сохраняет потенциальную жизнеспособность в течение приблизительно 1 час после остановки дыхания и сердца. Поскольку успех оживления зависел от местного согревания сердца, необходимо было найти новые, более эффективные методы, чем прогревание кожи с помощью металлической пластинки. Для прогревания подкожных тканей и мышц у человека часто используют инфракрасные лучи. Лучи видимого света также проникают на некоторое расстояние под кожу и прогревают соответствующие ткани. Учитывая это, мы направляли луч света от мощной проекционной лампы на область сердца обледеневшей крысы и обнаружили, что в таких условиях температура внутри грудной клетки повышалась быстрее, чем при согревании металлической пластинкой. Когда крыс, охлажденных обычным способом до 0—2°, оживляли, согревая область сердца металлической пластинкой и проводя искусственное дыхание, только 20% животных жило более 24 час. Если же для согревания использовали лучи света и искусственное дыхание, то 76% крыс жили более 24 час, а 68% — более 66 дней. Для согревания сердца крысы был специально модифицирован магнетронный сверхвысокочастотный генератор. Генерированные волны сверхвысокой частоты проникали приблизительно на 1 см вглубь, а поверхностного перегрева и ожогов кожи удавалось избежать, так как глубокому прогреванию подвергалось только самое сердце. Для одновременного согревания сердца и вдувания воздуха в легкие была разработана стандартная методика. В результате ее применения 80—100% крыс переживали охлаждение и жили после этого длительное время.
Одновременно и независимо от нас в этом же направлении работали в Миннеаполисе (США) Ниази и Льюис, применяя совершенно иные методы охлаждения и оживления Они также установили, что крысы при повыжении температуры тела до уровня от +8,5 до -4° (т. е. значительно ниже той, которую ранее считали летальной, а именно +15°) могут быть оживлены после остановки сердца, продолжавшейся 35—44 мин. Особого внимания заслуживает тот факт, что эти исследователи охлаждали крыс под нембуталовым наркозом, а оживляли их, согревая все тело в теплой воде и проводя искусственное дыхание смесью 95% кислорода и 5% CO2. Примерно в это же время Голлан сообщил, что собаки, которых охлаждали, пропуская их кровь через охлаждающий змеевик с оксигенатором, оживали после остановки сердца, продолжавшейся 35—44 мин. Особого + 1,5°. Важно было поддерживать в течение всего периода остановки сердца циркуляцию насыщенной кислородом жидкости, причем при температуре тела ниже 10° кровь можно было заменять раствором Рингера.
Так был установлен новый физиологический закон: остановка сердца и дыхания, вызванная охлаждением млекопитающего, не всегда приводит к его смерти. Клетки, ткани и органы интактного организма, по-видимому, не повреждаются при временном понижении температуры тела до уровня чуть выше точки замерзания. После возобновления кровообращения и согревания восстанавливается и их координированная деятельность. Сразу же возникли новые самые разнообразные проблемы, разрешению которых было посвящено много исследований. Так, Анджус нашел, что крысы хорошо переносили неоднократное охлаждение до температуры чуть выше нуля. После повторных опытов они оживали быстрее, судя по возвращению к ним способности сохранять нормальную температуру тела в холодной среде, а также по интервалу времени, в течение которого восстанавливался их исходный вес. Период переносимого животными временного прекращения жизнедеятельности удлинялся, так что, когда число охлаждений до 0° увеличивали от 3 до 10, доля крыс, переживших остановку сердца на 2 час, повышалась.
В совместных опытах со специалистами в области психологии животных мы установили, что у крыс, приученных отыскивать себе пищу в лабиринтах, не наблюдалось значительной потери памяти после охлаждения их до температуры тела чуть выше точки замерзания. Голову животного обкладывали льдом. Таким образом, температура мозга не могла быть выше температуры в толстой кишке. Судя по электроэнцефалограммам, активность коры мозга прекращается у крыс приблизительно при 18°. Следовательно, у всех подопытных животных в течение 1—2 час отсутствовали какие-либо проявления деятельности мозга. Тем не менее, после оживления они вели себя так же, как и до опыта. Полученный результат не совпадал с теорией, согласно которой память зависит от непрерывного прохождения импульсов через нейроны мозга, в которых происходит активный обмен веществ. Поведение и общее состояние животных, оживленных после охлаждения до 0° нормализовалось довольно быстро. Однако способность к оплодотворению и половой инстинкт у крыс обоего пола, впервые охлажденных до температуры 0° и затем оживленных, были подавлены полностью в течение 2—4 недель и оставались несколько пониженными примерно 8 недель после опыта.
Оживление замороженных крыс путем согревания сердца с помощью сверхвысокочастотного генератора не представляло трудностей. Однако применять такую методику можно только в лабораториях, оборудованных магнетронными сверхвысокочастотными генераторами. Вот почему такое важное значение как с практической, так и с теоретической точки зрения имело-открытие, что крыс и мышей, у которых в результате охлаждения прекратились дыхание и сердечная деятельность, можно оживлять, согревая все тело с помощью обычных настольных ламп. Эта несложная методика оживления, включающая в себя и искусственное дыхание, облегчала также проведение других исследований. В частности, Хорнси использовал ее для оживления облученных взрослых мышей с температурой тела 0—1°. Доза, убивавшая 50% мышей (LD50) в течение 30 дней, составляла 1760 г для замороженных мышей и 620 г для мышей с нормальной температурой тела. Величина фактора уменьшения дозы при охлаждении до указанной выше температуры составляла 2,8, т. е. была больше величин, полученных до настоящего времени при использовании других методов биологической или химической защиты.
Кейтер и Вейсс установили, что напряжение кислорода в семенниках, селезенке, костном мозге и в брюшной полости у мышей понижалось приблизительно до 2 мм рт. ст. во время охлаждения до 0° и стремительно повышалось при оживлении после восстановления кровообращения и дыхания. Столь тяжелая гипоксия, которую не могли бы пережить мыши с нормальной или слегка пониженной температурой тела, вероятно, и обусловливала, по крайней мере частично, поразительную устойчивость замороженных мышей к летальным (в других условиях) дозам облучения.
Использование многократного оживления обледеневших мышей позволило сравнить действие облучения на семенники, селезенку, костный мозг и другие ткани у большого числа мышей при температуре тела 0, 15° и в норме. Охлаждение до 15° дает незначительный защитный эффект по сравнению с тем, который наблюдается при охлаждении до 0°. В настоящее время имеются основания полагать, что пониженное напряжение кислорода в этих обычно чрезвычайно чувствительных тканях представляет собой основную причину их устойчивости к облучению у животных, находящихся в состоянии глубокой гипотермии при полной остановке кровообращения.
Не только грызунов, охлажденных до температуры, близкой к 0°, можно оживить после остановки сердца и дыхания, а также тяжелой гипоксии. Ниази и Льюис показали, что жизненные функции восстанавливаются также у собак и обезьян, перенесших остановку сердца продолжительностью от 40 мин до 3 час при температуре внутри тела 0—10°. В своих опытах эти исследователи понижали температуру животных путем поверхностного охлаждения тела. Введение с помощью аппарата для искусственного дыхания смеси, состоящей из 5% СO2 и 95% O2, во время охлаждения и последующего оживления ускоряло процесс восстановления жизненных функций и увеличивало число полностью выздоровевших животных. Недавно Ниази и Льюис пытались излечить женщину (в возрасте 51 г.), страдавшую метастазированным неоперабельным раком. Поверхностное охлаждение тела проводили до тех пор, пока ректальная температура не упала до 9° и сердце не остановилось на 45 мин. Как только больную согрели, возобновились сокращения сердца и наступило полное восстановление всех жизненных функций. Однако больная умерла через 38 дней в результате дальнейшего развития основного заболевания.
Голлан охлаждал собак до 0° с помощью аппарата для искусственного кровообращения (охлаждающий змеевик и оксигенатор) и изучал влияние на процесс оживления таких факторов, как давление, pH, электролитный баланс и вязкость перфузируемой жидкости. Он пришел к заключению, что наиболее важным фактором, способствующим выживанию млекопитающих после остановки сердца при температурах, близких к 0°, является соответствующая и непрерывная перфузия жизненно важных органов насыщенной кислородом кровью. По мнению Голлана, все другие факторы имеют второстепенное значение по сравнению с достаточным снабжением тканей кислородом. Приведем его высказывание по этому поводу: «Все попытки дать более привлекательное и более надуманное объяснение оживлению собак, подвергшихся глубокой гипотермии, с привлечением данных о гормонах, электролитах, С02 и вязкости потерпели неудачу. Нет никакой надобности в новой концепции или новом веществе. Вполне достаточно изучавшейся еще Чезальпино непрерывной циркуляции крови, доставляющей клеткам открытый Пристли кислород». Адолф поддерживает положение, согласно которому недостаток кислорода представляет собой главную причину гибели животных, охлаждаемых до температуры ниже той, при которой наступает остановка сердца. В то же время, Делорм полагает, что аноксия, возможно, не является самым важным фактором, ограничивающим продолжительность остановки сердца, которую может пережить животное в условиях гипотермии. Он считает, что во время прекращения кровообращения происходит тромбоз мелких сосудов сердца и других жизненно важных органов. Это может служить причиной последующей смерти млекопитающих, первоначально успешно оживленных, а также причиной неудач при оживлении животных, охлажденных до температуры тела около нуля, когда не проводят надлежащей перфузии.
Эти взгляды излагаются здесь для того, чтобы не создалось впечатление, что оживление млекопитающих, перенесших остановку сердца при низкой температуре тела, не вызывает никаких трудностей. Важно, однако, отметить, что В. А. Неговский проводил смертельное обескровливание у собак и обезьян при сравнительно высокой температуре тела от +24,5 до +26,5° и затем оживлял их после прекращения кровообращения в течение 1 час. Кеньон и сотрудники понижали у собак температуру тела внутри (без применения искусственного кровообращения) до 3—5°. Остановка кровообращения и сердца продолжалось 30—45 мин. Полностью оживленные животные жили после опыта в течение многих недель. Во избежание развития метаболического ацидоза Кеньон во время охлаждения и согревания вводил подопытным собакам изотонический раствор бикарбоната натрия, содержащий хлористый калий и глюконат кальция. Некоторым собакам проводили различные операции на сердце во время его остановки. У этих животных также полностью восстановились жизненные функции.
Много сложных операций по поводу врожденных пороков и других дефектов сердца проведено в последние годы на людях, охлажденных до температуры около + 15°. При этом как обычное, так и искусственное кровообращение полностью выключали на различные периоды времени до 46 мин. По мнению Дрью и сотрудников, нет никаких оснований не применять еще более низкие температуры. Действительно, может быть, безопаснее уменьшать температуру жизненно важных органов и тканей до более низкого уровня, чтобы повысить их устойчивость к аноксии. Эти авторы полагают, что в недалеком будущем глубокое охлаждение в сочетании с кровообращением при выключенном сердце найдет широкое применение в сердечной хирургии за счет более редкого использования кровообращения при выключенном сердце и легких, осуществляемого с помощью оксигенатора при нормальной температуре тела.
Следует подчеркнуть, что остается еще много неясных положений в физиологии млекопитающих, охлажденных до сравнительно высоких температур (в пределах от +25 до +30°), при которых продолжаются, сокращения сердца и дыхание. Летальные исходы могут иметь место и после согревания млекопитающих, охлажденных до таких температур. Еще не полностью выявлены опасности, связанные с умеренной гипотермией, несмотря на интенсивные поиски в этом направлении. Много задач предстоит разрешить, прежде чем удастся неизменно оживлять млекопитающих, включая человека, охлажденных до температур чуть выше 0°, при которых прекращаются сердечная деятельность и дыхание. Примечательно, как подчеркивает Адолф, что еще не полностью выяснены причины смерти млекопитающих, охлажденных до различных уровней температуры выше нуля. Нет также определенного метода, позволившего бы предсказать восстановление жизненных функций у млекопитающих после охлаждения их до температуры выше нуля. И все же, если мы намереваемся восстанавливать жизненные функции после охлаждения млекопитающих до температуры ниже нуля, необходимо продолжать подвергать их охлаждению и согревать в зоне указанных температур.
При температуре внутри тела чуть выше 0° искусственно охлажденные крысы и другие млекопитающие выглядят мертвыми. Они и являются мертвыми, согласно всем общепринятым признакам клинической смерти, и тем не менее их можно оживить. Отсюда возникает вопрос: как же следует определять смерть? Паркс дал единственно приемлемый для физиологов ответ на этот вопрос: «Смерть представляет собой такое состояние, при котором оживление целого организма существующими в настоящее время средствами невозможно».
Учитывая сказанное, мы приступили к опытам по охлаждению взрослых млекопитающих (с последующим согреванием) до такой степени, что температура их тела падала ниже точки замерзания воды.
Исследования проводили не на крысах, а на золотистых хомячках, поскольку их удавалось оживлять после более продолжительной остановки сердца и дыхания при температуре тела лишь ненамного выше 0°. Хомячков охлаждали так же, как в опытах с крысами, создавая гиперкапнию в герметически закрытых сосудах и затем обкладывая эти сосуды измельченным льдом. Обычно животные полностью оживали после остановки сердца на 2—4, а иногда и 7 час. Другое преимущество работы с хомячками заключалась в том, что они легче, чем крысы, поддавались оживлению после охлаждения тела до температуры несколько выше нуля и в последующем восстановительном периоде не требовали специально подогретой среды. Следует подчеркнуть, что самостоятельно, без соответствующих мероприятий хомячки не оживали. Однако для того, чтобы добиться у них быстрого восстановления жизненных функций, достаточно было во время согревания всего тела животного посредством диатермии или с помощью настольной лампы проводить искусственное дыхание; местный обогрев области сердца не требовался. В первую очередь восстанавливалась сердечная деятельность, как свидетельствовали электрокардиограмма и пульсация в области сердца. Спустя несколько минут, к тому времени, когда температура внутри тела достигала примерно 10°, прощупывался пульс в периферических сосудах и губы, язык и кожа на лапках из бледно-серых становились розовыми. Затем восстанавливалось самостоятельное дыхание, и вскоре животные начинали сильно дрожать. Дополнительного согревания, однако, не требовалось, и полное восстановление заканчивалось при комнатной температуре.
Такая способность хомячков к восстановлению всех жизненных процессов, возможно, связана с тем, что в естественных условиях они впадают в зимнюю спячку. Однако большую часть опытов на этих животных проводили в летнее время, когда они не были в состоянии спячки. После охлаждения их тела до температур от +3,5 до +1,8°, при которых сердце переставало сокращаться хомячки самостоятельно не оживали. Насколько известно, у млекопитающих, которые сами пробуждаются после зимней спячки, дыхание и сердцебиение во время спячки не прекращаются. Нет никаких данных, что во время естественной спячки поверхностные ткани замерзают. Наоборот, понижение температуры окружающей среды ниже точки замерзания воды вызывает пробуждение животного. Нет также никаких данных, что изолированные клетки и ткани животных, впадающих в спячку, более устойчивы к замораживанию и оттаиванию, чем ткани животных, не впадающих в спячку.