Šeit ir jautājums, ko ir vērts uztvert burtiski: ko mēs patiesībā cenšamies izdarīt, kad saglabājam cilvēku? Atbilde nav padarīt viņu aukstu. Aukstums ir metode, nekad ne mērķis. Mērķis ir apturēt laiku ķermenim, apturēt bioloģiju tik pilnīgi, ka atšķirība starp vienu gadu un desmit tūkstošiem gadu vairs nav svarīga. Gandrīz viss pārējais, tostarp dīvaini konkrētais skaitlis virsrakstā, tieši izriet no šīs vienas prasības.
Tāpēc noderīgais jautājums nav, kāpēc tik auksts. Tas ir šāds: cik aukstam ir jākļūst, lai ķīmija apstātos? Šī robeža ir krioprotektanta šķīduma stiklošanās pāreja, aptuveni -130°C. Zem tās molekulārā kustība ir apturēta un vielmaiņa ir pilnībā apstājusies, tāpēc nav palicis nekas no ķīmijas, kas varētu norisināties. -196°C nav šī robeža. Tā ir šķidrā slāpekļa viršanas temperatūra, kas atrodas krietni zem svarīgās līnijas un noturas tur bez palīdzības.
Sadalīšanās ir tikai ķīmija, kas vēl nav apstājusies
Kad mēs sakām, ka ķermenis sadalās, mēs aprakstām ķīmiju: fermentus, kas sadala molekulas, reakcijas, kas norisinās, mikrobus, kas dara to, ko mikrobi dara. Katram no šiem procesiem ir vajadzīgs, lai molekulas kustētos un sadurtos. Palēniniet kustību, un jūs palēnināsiet ķīmiju. Palēniniet to pietiekami tālu, un praktiski jūs apturēsiet pulksteni.
Šeit noder vienkāršs īkšķa likums. Aptuveni vērtējot, temperatūras pazemināšana par aptuveni 10°C aptuveni uz pusi samazina tipiskas reakcijas ātrumu. Tas neizklausās iespaidīgi, kamēr jūs nesaliekat pietiekami daudz šādu samazinājumu vienu virs otra. Pāreja no ķermeņa temperatūras dziļā aukstumā palēnina sadalīšanos nevis divas vai desmit reizes, bet gan par lielumiem ar ļoti daudz nullēm aiz tiem. Sacensība ar šūnu sabrukumu, kas sākas brīdī, kad apstājas sirds, galu galā ir sacensība pazemināt temperatūru pietiekami zemu, lai pati sacensība vairs nebūtu svarīga.
Ledus ir ļaundaris. Stikls ir varonis.
Jūs varētu pieņemt, ka triks ir vienkārši cilvēku sasaldēt. Tā nav, un iemesls ir ūdens. Ūdens, uzticamākā no mājsaimniecības vielām, nodod jūs brīdī, kad tas sasalst: tas izplešas, un augošie ledus kristāli plēš šūnu membrānas un sagrauj trauslas struktūras. Kristāli nav vienīgā problēma. Kad tīrs ūdens kristalizējas, atlikušie sāļi un citas izšķīdušās vielas koncentrējas sarūkošajā šķidruma daļā, kas paliek. Šūnas, kas atrodas šajā arvien koncentrētākajā šķīdumā, zaudē ūdeni un tiek osmotiski bojātas. Neviens kristāls tām pat nepieskaras. Sasaldēt cilvēku tā, kā jūs sasaldējat steiku, būtu efektīvs veids, kā iznīcināt tieši to, ko jūs cenšaties saglabāt.
Risinājums šai problēmai ir vitrifikācija. Lielākā daļa ķermeņa ūdens tiek aizstāta ar krioprotektīvām vielām, sava veida medicīnisku antifrīzu, un audi tiek atdzesēti pietiekami ātri, lai tie nekad nekristalizētos. Tā vietā tie sastingst stiklam līdzīgā stāvoklī: cietā vielā bez ledus, bez asām kristālu malām, bez nekā, kas izplešas un plīst. Vitrificēti audi ir sasaluši ikdienas nozīmē, proti, ļoti auksti un cieti, bet tie noteikti nav sasaluši postošajā, kristālus veidojošajā nozīmē. Šī atšķirība ir visa būtība.
Skaitlis, kam patiešām ir nozīme, ir aptuveni -130°C
Šī ir tā daļa, kas cilvēkus pārsteidz: temperatūra, kam patiešām ir nozīme, nemaz nav -196°C. Tā ir stiklošanās pārejas temperatūra, kaut kur ap -130°C, punkts, zem kura vitrificētais stāvoklis stingri nostiprinās. Virs tā stiklam līdzīgais stāvoklis var lēni atslābt. Vēl sliktāk, tas var sākt pārkristalizēties. Pārkristalizācija ir vienkārši ledus, kas ierodas uz svētkiem vēlu. Zem tā molekulārā kustība ir samazinājusies tik tālu, ka struktūra vienkārši noturas.
Tātad, ja pie -130°C stiklam līdzīgais stāvoklis kļūst stabils, kāpēc iet līdz pat -196°C? Tā paša iemesla dēļ, kāpēc jūs neiestatāt saldētavu tieši uz 0°C un neturat īkšķus: jūs vēlaties rezervi. Audu uzglabāšana vairāk nekā 60 grādus zem stiklošanās pārejas tur tos dziļi drošajā zonā. Tas ir tālu no jebkuras temperatūras, kurā stiklam līdzīgais stāvoklis varētu mīkstināties vai ledus varētu atgriezties. Tas pārvērš stabilitāti, ja nekas neiet greizi, stabilitātē ar lielu rezervi pret to, ka kaut kas iet greizi, un tā ir vienīgā stabilitāte, uz kuru ir vērts likt dzīvību.
Kāpēc tieši -196? Daba dod mums bezmaksas termostatu.
Konkrētā -196°C vērtība nav komitejas izvēlēta. Tā ir temperatūra, kurā vārās šķidrais slāpeklis, un šis viens fakts padara to gandrīz netaisnīgi ērtu.
Verdošs šķidrums notur savu temperatūru. Kamēr traukā ir šķidrais slāpeklis, saturs paliek -196°C temperatūrā, ne siltāks un ne aukstāks, neatkarīgi no tā, kas notiek telpā. Tas ir pašregulējošs termostats bez kustīgām daļām, bez kompresora un, kas ir būtiski, bez atkarības no elektrības. Pacienti un paraugi atrodas vakuuma izolācijas devaros, kas būtībā ir ļoti nopietni termosi un kas palēnina iekšā plūstošo siltumu līdz minimumam. Vienīgā regulārā apkope ir lēni iztvaikojošā slāpekļa papildināšana. Salīdziniet to ar mehānisku saldētavu, kas atsakās brīdī, kad pazūd strāva. Termodinamikas likumi, atšķirībā no vietējā elektrotīkla, nekad neslimo.
Slāpeklis turklāt ir lēts, plaši pieejams (tas veido lielāko daļu gaisa, ko jūs tagad elpojat), inerts un nedegošs. Ja jūs no nulles mēģinātu izstrādāt ideālu ilgtermiņa uzglabāšanas dzesēšanas vielu, jums būtu grūti pārspēt vielu, ko varam paņemt tieši no atmosfēras.
Cena par tik lielu aukstumu
Šķidrajam slāpeklim nav kustīgu daļu, un šai ērtībai ir sava cena. Starp stiklošanās pāreju un -196°C ir vēl sešdesmit seši grādi dzesēšanas, un vitrificētā cietā viela saraujas visā šajā ceļā uz leju. Līdz tam brīdim tā ir trausla, tāpēc saraušanās nevar atslābt. Tas rada mehānisku spriegumu, un pēc noteikta sliekšņa materiāls atbrīvo spriegumu, ieplaisājot.
Šis efekts ir atkārtojams laboratorijā. Plaisāšana vitrificētos krioprotektantu šķīdumos seko termiskajai saraušanai un temperatūras gradientiem, ko rada ātra atdzesēšana lielā objektā. Šķīdumi ar augstāku stiklošanās pārejas temperatūru plaisā mazāk, jo pēc materiāla sacietēšanas paliek mazāk dzesēšanas.
Viss ķermenis ir sarežģītais gadījums. Plaisāšana parasti sākas zem stiklošanās pārejas. Ja krioprotektanta perfūzija ir noritējusi slikti, tā var sākties jau pie -90°C. Plaisas ir no tādām, ko varētu redzēt, līdz mikroskopiskiem atdalījumiem. Plaisa atdala audus pa plakni, nevis tos sajauc, tāpēc struktūra abās pusēs saglabājas, bet katra plaisa ir bojājums, kas nākotnes remontam būs jānovērš.
Pašreizējā atbilde ir pacietība. Visa atdzesēšana aizņem gandrīz nedēļu. Nolaišanās caur stiklošanās pāreju un zem tās ir lēnākā daļa, kas datora vadībā notiek aptuveni pa vienam grādam stundā. Lēnāka atdzesēšana nozīmē mazākus gradientus, un mazāki gradienti nozīmē mazāku spriegumu.
Intermediate Temperature Storage
Labāka atbilde ir pārtraukt dzesēšanu agrāk. Intermediate Temperature Storage tur pacientu aptuveni -140°C, nevis -196°C temperatūrā. Tas joprojām ir desmit grādus zem stiklošanās pārejas, nevis sešdesmit seši, tāpēc molekulārā kustība paliek apturēta un nekas nesadalās, bet saraušanās, kas jāiztur, ir daudz mazāka.
Inženiertehniskais risinājums ir pasīvs. Šķidrā slāpekļa rezervuārs atrodas devara apakšā, un pacients tiek turēts aukstajos tvaikos virs tā, tvaiku telpu regulējot līdz mērķa temperatūrai. Nav kompresora un nav atkarības no elektrotīkla, kas ir tas pats iemesls, kāpēc šķidrajam slāpeklim uzglabāšanā vispār uzticas.
Pirmais cilvēka izmēra ITS devars nonāk European Biostasis Foundation objektā Šveicē 2026. gada augustā. Pirmais uzdevums ir izmērīt, cik daudz šķidrā slāpekļa tas patiesībā patērē, jo šis skaitlis nosaka pacienta uzglabāšanas izmaksas gadsimta garumā. ITS netiek piedāvāts biedriem, kamēr šīs izmaksas nav zināmas.
Kas patiesībā tur saglabājas
Pie -196°C bioloģiskais laiks faktiski apstājas. Fermentu aktivitāte apstājas, mikrobi nevar augt, un spontānajām reakcijām, kas citādi sadalītu audus, nav ne tuvu pietiekami enerģijas, lai norisinātos. Ķermeņa un jo īpaši smadzeņu molekulārā arhitektūra paliek tieši tur, kur tā bija.
Šis pēdējais punkts ir vissvarīgākais. Likme, kas ir biostāzes pamatā, ir tāda, ka tas, kas padara jūs par jums, ir kodēts fiziskā struktūrā: savienojumos un rakstos smadzeņu iekšienē, kas ir raksta atmiņa, identitāte un smadzenes tēma. Noturiet šo struktūru nekustīgu, un jūs saglabāsiet informāciju, pat ja tehnoloģija, ar ko to nolasīt un atjaunot funkciju, vēl nepastāv. Aukstums nav maģija. Tā ir pauzes poga, nospiesta pietiekami stipri, lai informācijai būtu laiks sagaidīt, kad nākotne panāks.
Nekam no tā nav vajadzīga nevainojama mašīna vai nepārtraukta elektroapgāde. Ir vajadzīgs stiklam līdzīgs stāvoklis ledus vietā un temperatūra ērti zem stiklošanās pārejas. Ir vajadzīgs arī verdošs šķidrums, kas pats notur sevi tieši pareizajā vērtībā. Tāda ir -196°C klusā elegance: tā ir temperatūra, kurā saglabāts cilvēks var, visburtiskākajā mums pieejamajā nozīmē, gaidīt.
TL;DR: Pacienti tiek uzglabāti aptuveni -196°C temperatūrā, jo šķidrais slāpeklis dabiski paliek tuvu šai temperatūrai. Molekulārās reakcijas kļūst ārkārtīgi lēnas, un uzglabāšana nav atkarīga no nepārtrauktas dzesēšanas ar elektrību.
Izpētiet šo praktisko rīku
Izmantojiet interaktīvo rīku, lai izpētītu šajā rakstā minēto jautājumu.
Notiek interaktīvā rīka ielāde...
Papildu literatūra