Крионика — возможность обратимой заморозки тела и органов — сулит огромные перспективы: по сути, это машина времени для переноса в будущее. По задумке, криопациенты получают шанс перенестись в будущее, где уже могут быть побеждены большинство болезней, а может быть, даже и сама смерть. В теории, при температуре жидкого азота органические объекты могут сохраняться тысячелетиями, однако, как всегда, есть одно НО — кристаллизация воды. Внутри биологических объектов возникают кристаллы льда, которые рвут клетки и мембраны, делая обратимую разморозку чрезвычайно трудной.
В статье мы предложим новую идею, которая может сделать возможной витрификацию (заморозка без кристаллизации).
Для начала скажу пару слов о витрификации — она возможна только при супербыстром замораживании. Его очень трудно организовать. Ведь человеческое тело — это трёхмерный объект, при помещении которого в хладагент неизбежно возникает градиент понижения температуры. Внешние слои замерзают, трескаются, пока внутренние всё ещё охлаждаются.
Для того, чтобы произошла полноценная витрификация, охлаждение должно быть объёмным.
Холод должен воздействовать на замораживаемое тело как снаружи, так и изнутри.
Одно из самых впечатляющих описаний объёмной витрификации оставил в 1975 году Станислав Лем в своём романе «Фиаско». Она применялась при авариях диглаторов (гигантских шагающих роботов, мультфильм), используемых на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна.
Приведу некоторые фрагменты:
Чем больше тело, тем труднее витрификация. Она означает мгновенное превращение всей жидкости организма в лёд, минуя фазу кристаллизации, поскольку кристаллики необратимо нарушают тончайшую клеточную структуру. Витрификация же представляет собой оледенение тела и мозга в долю секунды. Молниеносно разогреть любой объект до высокой температуры легко. Гораздо труднее охладить его с той же скоростью до нуля по Кельвину. Колоколообразные витрификаторы, в которых были найдены пострадавшие на Титане, весьма примитивны и действовали грубо.
Просвечивание контейнеров показало тяжёлые повреждения всех тел, в том числе переломы основания черепа, поэтому столь сложная транспортировка была признана рискованной.
При витрификации происходило что-то вроде взрыва, и лицевая часть черепа разрушалась. Вторичные взрывы внутри криотейнеров сдирали с замороженных тел одежду, а её остатки вытеснялись кислородом из лопающихся скафандров в азотные гробы и обращались в прах.
Во времена Грааля и Рембдена верхняя часть насаживалась на контейнер с человеком при помощи пиропатронов, чтобы процесс ледового остекленения прошёл как можно быстрее. Замораживаемый должен был снять шлем, хотя оставался в скафандре. Чтобы удар не размозжил ему голову, колпак был выложен надутыми воздухом подушками. Они лопались при ударе, защищая замораживаемого, пока вонзившийся ему в рот конус впрыскивателя вливал в него жидкий азот — как правило, ломая зубы, а иногда и челюстные кости. Задача состояла в том, чтобы мозг застывал со всех сторон одновременно, то есть и от основания, расположенного сразу над нёбом. Тогдашняя техника не могла исключить подобные травмы.
Станислав Лем родился в семье врача, потом получил высшее медицинское образование, но не стал получать диплом, чтобы не стать военным врачом по распределению после института. Он был блестящим знатоком и провидцем в области медицины и биологии. Поэтому его описание технологии витрификации столь правдоподобно.
Итак, главная проблема заключается в сверхбыстром объёмном охлаждении, чтобы избежать образования кристаллов льда. Лем предлагал решать эту проблему за счёт взрывной витрификации с помощью пиропатронов, мгновенного впрыскивания жидкого азота ценой повреждения костей, а также други�� тканей.
Автор идеи, излагаемой в этой статье, также медик — к.м.н. Юрий Новиков. Он предлагает другой, гораздо менее травматичный способ витрификации.
Я сразу скажу, что проблема витрификации касается не только криосохранения тел человека, но и того, что в настоящее время гораздо важнее, — криосохранения органов. Сейчас, после того как появляется орган для пересадки, операция должна быть выполнена крайне быстро (буквально в течение нескольких часов). При этом нужно учесть факторы иммунологической совместимости и успеть найти и подготовить пациента, у которого не возникнет отторжения, к операции.
Итак, основная идея заключается во введении в организм криопациента специальных эндотермических капсул. Представим себе микроскопические капсулы — эндотермические «эритроциты», которые внутри состоят из двух отделений: воды и специальной соли, разделённых мембраной. При температуре около 4 °C происходит разрушение мембраны, после чего запускается эндотермическая реакция — реакция с поглощением тепла. Таким способом мы получаем мгновенное объёмное охлаждение: проскакиваем фазу кристаллизации и получаем воду в замёрзшем аморфном состоянии.
Почему растут кристаллы льда: не холод, а «тепловые качели»
Чтобы победить врага, нужно понять его природу. Главный враг обратимой заморозки — не сам факт образования льда, а его деструктивный рост. И здесь кроется ключевое физическое противоречие.
Кристалл растёт не потому, что вода одномоментно замерзает. Рост — это процесс рекристаллизации. Он напоминает зловещие термодинамические «качели»:
Вода тонким слоем намерзает на микрокристалл.
При этом выделяется скрытая теплота кристаллизации (около 334 Дж на каждый грамм воды).
Если это тепло не отводится мгновенно, оно локально подтаивает лёд вокруг кристалла.
Жидкие молекулы воды обладают некоторой мобильностью и намерзают на точках роста кристалла, увеличивая его размер.
Цикл повторяется.
Чем медленнее охлаждение, тем больше циклов, тем более правильные геометрические формы принимают кристаллы, становятся массивнее и острее, а потом буквально разрывают клеточные мембраны и межклеточные структуры.
А как же замораживают сперму или эмбрионы? Именно за счёт сверхбыстрого отвода этого самого тепла. Маленький объём замораживаемого тела, жидкий азот и криопротекторы не дают «качелям» качаться. Задача для целого органа или тела — сделать то же самое, но в объёме. Нужно отводить тепло кристаллизации быстрее, чем оно успевает накопиться и запустить процесс рекристаллизации. И здесь на сцену выходят эндотермические «эритроциты» — микрохолодильники, распределённые по всему объёму.
Как устроены эндотермические капсулы?
В идеале всё, что находится внутри капсулы, должно в ней и оставаться, чтобы исключить токсические поражения организма. Внутри капсулы разместим соль, мембрану и воду — или даже кристаллы льда, которые будут таять при соприкосновении с солью. Если удастся разместить кристаллы льда, это даст дополнительный выигрыш.
Размер контейнеров может быть в широких пределах: от 1 мкм в диаметре (менее кишечной палочки) до размеров эритроцита и больше (10 мкм и больше). Их концентрация в крионосителе может составлять до двух третей массы.
Их изготовление может выглядеть примерно так. Вначале получаются крупинки соли нужного, примерно заданного размера; поверх них наносится мембрана, поверх мембраны намораживается слой воды, затем формируется внешняя оболочка капсулы. Что-то вроде матрёшек.
Сейчас делаются витамины с липидной мембраной для лучшей усваиваемости. Капсулы будут представлять что-то подобное, но в более крепкой внешней мембраной.
Если же оболочки у капсул будут металлическими, то те же капсулы потом можно будет использовать для объёмной разморозки с помощью микроволн. Подобное делается уже сейчас с использованием микрочастиц металлов.
Если же удастся сделать оболочку капсул магнитной, то это упростит вывод отработанных капсул из организма.
Сердце системы: как устроена умная мембрана капсулы?
Итак, нам нужны миллиарды микроскопических контейнеров, которые сработают точно в нужный момент — при приближении температуры к точке кристаллизации воды (0 °C). Их задача — разрушить внутреннюю перегородку, смешать компоненты и запустить реакцию поглощения тепла.
Мы можем рассмотреть несколько идей для конструкции саморазрушающейся мембраны-триггера, основанных на принципах бионики и физической химии:
Термомеханический гистерезис. Двухслойная мембрана из материалов с разным коэффициентом термического расширения. При плавном охлаждении до +2...+4 °C напряжения становятся критическими, и перегородка разрушается.
Ферментативный «предохранитель». В мембрану встроен термолабильный фермент (подобный тем, что в картофеле превращает крахмал в сахар при +4 °C), который при заданной температуре разрушает липидную или полимерную структуру мембраны.
Фазовый переход липидов. Использование липидов с точно подобранной температурой фазового перехода из жидкокристаллического состояния в гель, при котором мембрана становится хрупкой и рвётся.
Внешний сигнал. Если требуется абсолютная синхронность, можно использовать дистанционную активацию — например, короткий импульс УЗИ определённой частоты, на которую «настроены» резонансные свойства мембраны.
Капсула может быть одно- или двухкамерной. В первом случае внутри уже есть и соль, и минимум воды. Во втором, более эффективном для экономии объёма, — только кристалл соли, а недостающую воду капсула «доберёт» из окружающей межклеточной жидкости в момент активации, слегка обезвоживая ткань и дополнительно снижая риск кристаллизации.
Химия холода: реакции с какими веществами поглощают тепло?
Критерии для активного вещества жёсткие: максимальная эндотермия (теплопоглощение) при растворении, безопасность (или изоляция), хорошая растворимость и стабильность.
После анализа вариантов, включая обсуждение с нейросетью, нитрат аммония (NH₄NO₃) остаётся самым сбалансированным кандидатом.
Энтальпия растворения: +25.7 кДж/моль.
На практике: 1 грамм раствора соли может поглотить до 210 Дж тепла.
Сравнение: Замерзание 1 грамма ткани (где ~70% воды) выделяет около 230 Дж.
Вывод: 1 грамм такого эндотермического раствора способен нейтрализовать тепло кристаллизации примерно в 1 грамме окружающей ткани, не дав кристаллам вырасти. Это эффективный «тепловой буфер».
Также возможно и альтернатива для «сухих» систем: смесь гидроксида бария (Ba(OH)₂) и хлорида аммония (NH₄Cl). Её эффективность ещё выше, но она требует связывания побочного аммиака, например, цеолитом, внутри капсулы. Это вариант для будущих, более сложных инженерных решений.
Сколько нужно капсул и как их разместить?
Это самый сложный и интригующий инженерный вызов. Расчёты показывают, что для защиты всего тела масса капсул с активным веществом может составлять от трети до половины массы самого тела. Звучит фантастически? Только на первый взгляд, если вспомнить скрытые резервы человеческого тела.
Например, при торпидной фазе шока возникает кратное увеличение объёма сосудистого русла.
Как эректильная фаза шока переходит в торпидную
Иногда боль запускает спазм сосудов, а спазм сосудов рождает недостаток кислорода в тканях. Это приводит к нарушению п��тания мышц, сжимающих сосуды, и в какой-то момент они от этого расслабляются — объём кровеносного русла кратно возрастает. И происходит смерть — от шока, от кровопотери внутрь собственной, неповреждённой сосудистой системы. Эти ужасные процессы можно использовать для искусственного увеличения ёмкости кровяного русла.
Юрий, как практикующий медик, предлагает использовать естественные и искусственно расширяемые объёмы организма:
Сосудистое русло (основной магистральный путь). В норме это ~5 литров. Но в состоянии так называемой торпидной фазы шока объём микроциркуляторного русла (капилляров, венул) может увеличиваться в 3-4 раза за счёт раскрытия резервных капилляров. Это даёт до 15-20 литров объёма! Современные препараты-вазодилататоры могут создать контролируемое состояние, имитирующее эту фазу, без угрозы для жизни, предшествуя самой заморозке. Само собой, что клетки крови и плазму можно заморозить отдельно, чтобы освободить больше места для криопротектора с капсулами.
Интерстиций (межклеточное пространство). При умеренном, обратимом отёке (например, при инфильтрационной анестезии) объём внеклеточной жидкости может увеличиться в 1,5-2 раза. Это дополнительная возможность для введения взвеси микрокапсул непосредственно в ткань.
Полости костного мозга. Сам костный мозг можно извлекать и замораживать отдельно. Он-то как раз без проблем замораживается даже существующими технологиями.
Прочие полости. Целенаправленное заполнение взвесью капсул ликворных пространств, полостей суставов, плевральной и брюшной полостей, просвета желудочно-кишечного тракта и даже трахеобронхиального дерева (по аналогии с жидкостной вентиляцией лёгких).
Как технически провести такую масштабную перфузию?
Это не фантастика. Уже сегодня роботизированные системы (например, Hyperion Surgical Ivy) под контролем УЗИ способны с высочайшей точностью устанавливать множество сосудистых доступов. Будущий «криоробот» сможет выполнить катетеризацию центральных вен, внутрикостный доступ, эндолимфатическое введение и другие манипуляции для тотального заполнения всех полостей тела охлаждающей суспензией.
Возможный протокол крупными мазками от автора идеи. Часть интервью
Вообще масса капсул, по идее, должна быть чуть ли не равна массе тела, если с запасом… На первый взгляд это кажется почти недостижимым. Но перечислим. Во-первых, сосудистое русло — при полностью раскрытой периферии микроциркуляции это почти двадцать литров. Дальше — брюшная и плевральная полости: понемногу, но можно и нужно. Полости суставов, система воротной вены. Да, инфильтрация мягких тканей — частично через эндолимфатическое введение, частично просто в межклеточные пространства, по аналогии с инфильтрацией новокаином. Также — в систему спинномозговой жидкости. Вместо — частично аспирированный костный мозг: удаляется вместе с кровью и замораживается отдельно. Ну и понятно — полость желудка, кишечника. Как возможное необходимое дополнение — желчные протоки и протоки поджелудочной железы. Обязательно — просвет лёгких, всё трахеобронхиальное дерево до альвеол. Конечно, мочевыделительная система — вплоть до петель Генле абсолютного большинства нефронов.
Образование пузырьков газа в тканях при замораживании.. Его надо избегать! Перед криосохранением — во-первых, дыхание чистым кислородом при пониженном давлении — вымыть из тканей весь растворённый азот, может быть, заменив его гелием. И далее проводить охлаждение при увеличении давления в жидкости, не насыщенной растворёнными газами.. При росте давления растворимость растёт, и пузыри газа не должны образоваться даже при замерзании.
В какой-то момент мы должны получить удивительное состояние, когда клетки ткани уже твёрдые, они замёрзли, но крионоситель в сосудистом русле — жидкий. Его желательно выбирать очень текучим: внутри плавают эластичные капсулы, заполненные рассолом — это при температуре пять–десять градусов ниже нуля... Это нужно, чтобы вывести отработанные капсулы с этой жидкостью и заполнить, перед согреванием, уже другой, новой взвесью с экзотермическими капсулами все те же пространства.
То есть получится такая очень нежная структура, такая тонкая, твёрдая почти пена, в которой будет жидкость микроциркулировать...
Дорога в обратную сторону
Подход потенциально обратим. После успешной витрификации мы получаем тело, где ткани — твёрдое стекло, а все полости заполнены жидким криоагентом с отработавшими капсулами. На этом этапе при температуре, скажем, -10 °C можно относительно неспешно провести «перезаправку»:
Промыть сосудистое русло и другие полости, выведя взвесь с отработанными солями.
Заполнить их новой суспензией — экзотермическими капсулами (например, с хлоридом кальция, выделяющим тепло при растворении) или, что ещё интереснее, капсулами с металлическими наночастицами (золото, железо).
Разморозить объёмно. В первом случае — за счёт управляемой химической реакции нагрева. Во втором — с помощью магнитной индукции или микроволнового излучения, которое будут поглощать металлические частицы, равномерно прогревая тело изнутри.
Этот двухэтапный процесс (эндотермическая заморозка → промывка → экзотермическая/электромагнитная разморозка) делает мечту об обратимой витрификации инженерной задачей, а не научной фантастикой.
Альтернативные подходы
Справедливости ради упомянем об альтернативных и уже используемых подходах, которые заключаются в использовании криопротекторов наподобие глицерина.
До конца непонятно, какое именно вещество нужно использовать: жидкий азот, жидкий гелий, или, может, достаточно температуры сухого льда, или даже всего лишь температуры вечной мерзлоты, в которой семена растений сохраняют всхожесть сотни тысяч лет... Везде стоит заслон в кристаллизации воды, в переходе через ноль. Нужно заметить, что некоторые земноводные вполне себе лежат в мерзлоте десятилетиями, а может и тысячелетиями — при глубоко минусовой температуре, но не доводя себя до заморозки, за счёт криопротекторов. Известен случай с разморозкой сибирского углозуба, который пробыл в вечной мерзлоте около 90 лет. Но это оценка, и, если она неверная, то это могут быть столетия, а может и тысячелетие. Поэтому нужно продолжать исследовать и совершенствовать криопротекторы.
Выводы: от мечты Лема к воплощению
Лем, врач по образованию, одним из первых описал возможный способ витрификации, но этот способ был груб и травматичен — взрывная заморозка жидким азотом, ломающая кости.
Мы же предлагаем элегантный биомиметический путь. Вместо одного гигантского внешнего холодильника — триллионы внутренних, синхронно срабатывающих микрокриостатов. Это переход от идеи грубой силы к идее управляемой трансформации, где точный расчёт теплопоглощения и условий активации эндотермических капсул в сочетании с использованием скрытых ресурсов организма становятся ключом к решению.
Что дальше? Путь от идеи к практике лежит через серию нарастающих экспериментов:
In vitro: заморозка взвеси клеток с добавкой порошка соли или простейших капсул.
Витрификация небольших изолированных органов животных (почка кролика, сердце крысы) с перфузией капсулированной суспензией.
Оттаивание и проверка жизнеспособности.
Эта идея может революционизировать не только крионику, но, в первую очередь, трансплантологию, подарив медикам драгоценное время на подбор и доставку органов. А также открыть новые горизонты в криоконсервации сложных биологических систем.
Пока же идея витает в воздухе, как когда-то витала идея полёта к Луне. Она ждёт своих инженеров, кропотливых расчётов и экспериментаторов, которые возьмут на вооружение принцип: чтобы победить лёд, нужно не просто заморозить, а умно охладить.
Благодарности:
Автор идеи: Юрий Новиков, в обсуждении участвовали Сергей Каменев @inetstar, Андрей Андрианов @Andrey-A, Валентин Перкин @Qspeve, Виктор Рыбин @rvinowise. За картинку спасибо TripletConcept. Оригинал картинки.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
