Масштаб. Универсальные законы роста, инноваций, устойчивости и темпов жизни организмов, городов, экономических систем и компаний

Уэст Джеффри

6. Другие ошибочные выводы и недоразумения с масштабами: дозировка ЛСД для слонов и тайленола для младенцев

Размеры и масштабы играют ключевую роль в медицине и здравоохранении, хотя в биологических и медицинских профессиях идеи и теоретические обоснования законов масштабирования могут быть явно не выражены. Например, все мы хорошо знакомы с концепцией стандартных таблиц или графиков, показывающих, как рост, скорость роста, количество потребляемой пищи и даже объем талии должны коррелировать с массой нашего тела и как все эти параметры должны изменяться на ранних стадиях развития ребенка. Эти таблицы – не что иное, как представление законов масштабирования, которые были признаны применимыми

к «среднему человеку». Врачи даже заучивают, как эти переменные в среднем должны коррелировать с весом и возрастом пациентов.

Также хорошо известна родственная концепция инвариантных величин, к которым относятся, например, частота пульса или температура тела – они не изменяются систематически в зависимости от веса или роста среднего здорового человека. Более того, значительные отклонения от этих неизменных средних значений обычно считают признаком заболевания или расстройства здоровья. Если температура тела превышает 38 °C, или кровяное давление равно 275/154, это значит, что-то не в порядке. В наше время стандартный медицинский осмотр дает множество подобных результатов, по которым врач оценивает состояние здоровья пациента. Одна из наиболее трудных задач для отрасли медицины и здравоохранения состоит в создании измеримой базовой шкалы жизни и, на ее основе, расширенного набора параметров среднего здорового человека, а также в определении допустимых размеров колебаний или отклонений от нормальных значений.

Поэтому неудивительно. что многие из наиболее важных проблем медицины можно рассмотреть с точки зрения масштабирования. В следующих главах мы затронем, используя эту систему взглядов, несколько важных вопросов, касающихся здоровья всех и каждого, от старения и смертности до сна и рака. Однако я хотел бы сначала, на закуску, рассмотреть некоторые не менее важные медицинские вопросы, имеющие отношение к идее Галилея о противоречиях между процессами масштабирования площади и объема. Этот пример покажет, как легко подсознательное использование линейных экстраполяций порождает заблуждения, приводящие к совершенно ошибочным выводам.

При разработке новых лекарств и изучении самых разных заболеваний значительную часть исследований проводят на так называемых модельных животных – как правило, на поколениях мышей, выведенных и отобранных по определенным признакам именно для исследовательских целей. То, как результаты таких исследований следует масштабировать для их применения к человеку, чрезвычайно важно в медицинских и фармакологических исследованиях, так как именно это позволяет определять безопасную и эффективную дозировку медикаментов или делать выводы относительно диагнозов и лечебных процедур. Всеобъемлющая теория такого масштабирования все еще не разработана, хотя фармацевтическая промышленность затрачивает огромные ресурсы на решение подобных задач при разработке новых лекарств.

Классическим примером некоторых проблем и ловушек, возникающих на этом пути, является одно из первых исследований потенциального терапевтического воздействия на человека ЛСД (диэтиламида лизергиновой кислоты). Хотя термин «психоделик» был придуман еще в 1957 г., этот наркотик оставался практически неизвестным за пределами профессионального сообщества психологов в 1962 г., когда психиатр Луи Уэст (не родственник), Честер Пирс из Университета Оклахомы и Уоррен Томас, зоолог из городского зоопарка Оклахома-Сити, предложили изучить его действие на слонах.

На слонах? Да, именно на слонах, а точнее, на слонах индийских. Хотя использование слонов, а не мышей в качестве «модели» для изучения эффектов ЛСД может показаться несколько эксцентричным, основания этой идеи нельзя назвать полностью неправдоподобными. Дело в том, что у индийских слонов время от времени случаются непредсказуемые переходы из обычного для них мирного и послушного состояния в состояние, в котором они становятся чрезвычайно агрессивны

и даже опасны, и длительность таких периодов доходит до двух недель. Уэст и его соавторы предположили, что это странное и зачастую опасное поведение, которое называют словом «муст», вызывается тем, что в мозгу слона вырабатывается ЛСД. Поэтому они хотели проверить, может ли ЛСД вызвать это любопытное состояние, и, если это так, получить из изучения реакции на это вещество представление о воздействии ЛСД на человека. Идея довольно странная, но, быть может, не вполне лишенная смысла.

Однако из нее немедленно вытекает интересный вопрос: сколько именно ЛСД нужно дать слону?

В то время мало что знали о безопасной дозировке ЛСД. Хотя этот наркотик еще не проник в массовую культуру, уже было известно, что даже доза менее 0,25 мг вызывает у человека типичный «кислотный трип», а безопасная доза для кошек составляет около 0,1 мг на килограмм массы тела. Именно на основе этой последней цифры исследователи решили оценить, какую дозу ЛСД следует дать ничего не подозревавшему слону Таско, жившему в зверинце Линкольн-парка в Оклахома-Сити.

Поскольку Таско весил около 3000 кг, они оценили, используя размер заведомо безопасной дозы для кошек, что подходящая для него доза должна быть равна произведению 0,1 мг на килограмм на 3000 кг, то есть около 300 мг ЛСД. На деле слону вкололи 297 мг. Вспомним, что для нас с вами хорошая доза ЛСД составляет менее 0,25 мг. Результат инъекции, введенной Таско, был эффектным и катастрофическим. Вот что было написано в статье исследователей: «Через пять минут после инъекции он [слон] затрубил, упал, тяжело перевалился на правый бок, испражнился и вошел в эпилептический статус». Бедняга Таско умер через час и сорок минут после этого. Возможно, не менее тревожным, чем этот ужасный исход, был вывод, который сделали исследователи: они заключили, что слоны «обладают весьма высокой относительной чувствительностью к ЛСД».

Проблема тут, разумеется, сводится к тому, что мы уже подчеркивали несколько раз, – к соблазнительной ловушке линейного мышления. Расчет дозы, которую следовало ввести Таско, был основан на предположении о том, что эффективная и безопасная дозировка линейно масштабируется в зависимости от массы тела, то есть предполагалось, что удельная доза на килограмм массы тела должна быть одной и той же для всех млекопитающих. Поэтому дозу для кошек, 0,1 мг на килограмм массы тела, наивно умножили на массу Таско и получили то несуразное значение – 297 мг, – которое и привело к столь катастрофическим последствиям.

Вопрос о том, как именно следует производить масштабирование дозировки между разными животными, все еще остается открытым, и ответ на него может в разной степени зависеть от свойств конкретного медикамента и медицинских показаний для его применения. Однако независимо от всех этих подробностей для получения правдоподобной оценки необходимо понимать основополагающие механизмы, которые обеспечивают перенос медикамента и его поглощение конкретными органами и тканями. В числе других факторов важную роль в этом играет уровень метаболизма. Подобно метаболитам и кислороду медикаменты обычно переносятся через поверхностные мембраны; иногда такой перенос осуществляется посредством диффузии, а иногда – через сетевые системы. Поэтому факторы, определяющие дозировку, в существенной степени определяются масштабированием площади поверхности, а не суммарного объема или массы организма, а площадь поверхности масштабируется с изменением массы нелинейно. Простой расчет с использованием правила масштабирования поверхности при изменении массы с показателем 2/3 показывает, что более подходящая для слонов доза ЛСД должна быть ближе к нескольким миллиграммам, чем к нескольким сотням, которые были введены слону. Если бы такие вычисления были произведены, Таско наверняка остался бы жив, а выводы о воздействии ЛСД были бы совершенно иными.