Глава 12. Высокотехнологичное здоровье.

Как виртуальная реальность и знания из мира видеоигр могут однажды спасти жизни.

Когда я думаю о том, как мои дети будут заботиться о себе и поддерживать здоровье, когда станут взрослыми и самостоятельными, то представляю, что у них появится возможность зайти в медицинский кабинет, где им уколют палец и поместят каплю крови на биочип. Чип поможет провести оценку, основанную на исходных физиологических данных, что позволит разработать персонализированный план действий, привязанный к уникальным физиологическим потребностям. Лечение окажется похоже на фильм «Гаттака» 1997 года (название составлено из букв, обозначающих основания человеческой ДНК – аденина, цитозина, гуанина и тимина). В этой картине генетически низший человек, которого играет Итан Хоук, присваивает личность генетически высшего для того, чтобы осуществить свою мечту – полететь в космос. Он учится обманывать тесты ДНК и анализы мочи, но чем ближе он оказывается к космодрому, тем сильнее нарастает интрига. Не думаю, что когда-нибудь жизнь будет, как в фантастическом кино, где общество анализирует ДНК людей и определяет, соответствуют ли они стандартам. Скорее наоборот, я представляю мир, в котором те, кто использует преимущества новых технологий, смогут добиться прекрасных результатов в заботе о своем здоровье и контроле над своим состоянием с помощью непостижимых сегодня средств.

У моих детей, а позже и внуков, информация, полученная из анализа крови, повлияет на стратегию их поведения в области здоровья, которая будет состоять из профилактических мер и, возможно, лечения определенных болезней или признаков «нездоровья». Под последним я имею в виду, что какие-то детали сложной системы организма отклонились от состояния здоровья. Это может быть любое количество признаков или симптомов – от уровня сахара в крови (то есть фактора риска для диабета) до неконтролируемого клеточного роста, что означает рак. И совершенно замечательно, что образцы крови моих потомков вместе с сопутствующей информацией попадут в общую базу данных, повысив ее полезность.

При таком сценарии кровь окажется не единственной жидкостью, которую можно исследовать на признаки здоровья или его отсутствия. Скорее всего исследовать станут слезы, слюну, мочу, лимфу, спинномозговую жидкость (ликвор) и т. д. Но у крови есть серьезные преимущества. У организма существует прекрасная система сбора, которая обтекает жидкостью каждый участок тела. Кровь удобна для диагностики; ее относительно легко взять на анализ, и так как она приносит питательные вещества и уносит отходы, то она задействована во всем, что происходит в теле. Это прекрасный старт измерений состояния тела.

Забавно, что сегодня врач смотрит на предметы, находящиеся вне человека: измеряет температуру, просит встать на весы, возможно, определяет несколько специфических показателей крови, такие как содержание натрия и количество лейкоцитов, – а потом решает, что делать. Это отчасти объясняет нынешнее стремление к диагностике и терапии, а не к активной профилактике. Когда знания ограничены, диагностика имеет смысл. Если непонятно, что мы пытаемся предотвратить или как это лучше сделать, то чтобы что-то сделать, приходится ждать очевидных симптомов. В таком случае обычно лечат болезни, имеющие множество возможностей для прогрессирования. Куда более эффективно заботиться о себе на основе известных – и измеримых – параметров. К счастью, технологии уже достаточно развиты, чтобы эти параметры можно было измерить и определить.

Раз появилась возможность поиграть с генами, то появляется и мысль: «Прекрасно, давайте удалим ген X или Y и посмотрим, что испортится». И тут случаются сюрпризы: когда вы выключаете ген на модельной системе (например мыши) – примерно в половине случаев оказывается, что ничего не сломалось.

Один испорченный ген не приводит к катастрофе, так как что-то другое восполняет недостачу. В системе организма есть большой запас, который встает на защиту жизни.

Инженеры знают цену избыточности. Например, представим себе самолет, который упадет из-за единственной неполадки в системе. Если бы самолеты падали, когда в них сломалось какая-то одна маленькая деталь, то на них бы никто не рискнул летать. Авиакомпании не могут предлагать людям рисковать своей жизнью, так как вероятность единичной неполадки достаточно велика. Мы знаем, как часто ошибаются люди, поэтому легко можем представить себе механика, забывшего правильно завернуть винт или не заметившего скол на крыле. А такое может произойти в любой момент. Поэтому самолетам добавляют своего рода защиту от неправильного обслуживания; у них есть запасы прочности для минимизации таких случаев. Только если происходит несколько неполадок последовательно или, упаси бог, одновременно появляются проблемы. Конечно, если пилота плохо учили работать в условиях развивающихся неполадок, то в дополнение к потенциальной катастрофе появится вероятность человеческой ошибки (хотя существуют самолеты, «умнее», чем те, которые оснащены только автопилотом для исключения человеческого фактора). В общем, ясно: избыточность – это хорошо. Она сохраняет жизни людей не только в банке, болтающейся на высоте десяти километров, но и на молекулярном уровне – в организме, где в мозге за секунду происходит не менее сотни тысяч химических реакций.

Интересно, что такие сложные системы, как человеческий организм, в ходе эволюции развивались именно в сторону надежности и избыточности. Если подумать, то надежность – это вариант скрытия информации. Вы не всегда узнаете, что организм потерял критический элемент, потому что в нем существует план восстановления. Другое объяснение: организм отвечает одинаковым способом в разных условиях, даже если отдельные элементы не работают или работают неправильно. Он прекрасно утаивает информацию, связанную с его деятельностью. Сделать что-то надежным – это скрыть информацию на уровне симптомов, а именно на этом уровне вас и обследует врач.

Подходящий пример из онкологии – ген BRCA1, который, как вы помните, отвечает за восстановление ДНК. У женщин с дефектным вариантом этого гена выше вероятность развития агрессивной формы рака молочной железы. Даже с учетом того, что клетки молочной железы постоянно делятся, рак не развивается, так как ремонт ДНК тоже происходит постоянно. Рак молочной железы появляется у женщин с дефектом гена BRCA1 из-за накопления проблем с ДНК, которые организм уже не может компенсировать. Механизм ремонта ДНК оказывается перегруженным и уже не справляется с проблемами. Это помогает понять, почему у многих онкобольных на ранних стадиях болезни не слишком заметны симптомы – дефектов еще не так много, чтобы они стали очевидны; по этой же причине у многих пациенток с мутациями BRCA рак не развивается до старости.

Организм устроен так, чтобы скрыть то, что происходит внутри его систем. Но он не только скрытен, оно и достаточно умел.

В большинстве случаев организм сам себя исправляет, но если вы ему поможете – укажете правильное направление, – то вам откроется, насколько мощный потенциал для исцеления у него есть.

Подкоп под идею диагноза.

Переход от современного подхода «диагностика → категоризация → лечение» в соответствии с существующими методиками к более динамичной модели, учитывающей индивидуальные особенности, окажет серьезное воздействие на то, как люди о себе заботятся, и даже думают о себе. Когда мы получим возможность измерить несколько переменных, которые определяют истинное «состояние» тела с помощью таких технологий, как протеомика, мы сможем исполнить обещания персонализированной медицины. При наличии всеобъемлющей картины, которую может дать протеомика, мы сможем изменять эту картину – и создавать картину здоровья.

Врачи смогут создавать персонализированные протоколы лечения, которые будут работать на несколько целей. Эти протоколы не будут статичными. Они будут меняться, следуя изменениям состояния тела. Вы будете перестраивать протокол при каждом визите к врачу и новом измерении показателей. Цели в моей области также поменяются. Я не буду давать вам лекарство, снижающее уровень холестерина; я буду приводить вас в состояние отсутствия сердечных заболеваний. Аналогично, я не буду вас лечить для уменьшения рака на 50 процентов; я вас буду приводить в здоровое состояние, когда рост рака оказывается под контролем. Это – совершенно другой подход к медицине и здоровью. Наиболее полезными, без сомнения, окажутся средства и методы, которые будут разработаны для проведения этих подстроек на ранних этапах, когда болезнь еще не успела угнездиться в теле.

Стоит отметить, что большая часть системы, составляющей здоровое человеческое тело, в действительности не содержит человеческой ДНК. Там есть микробиальная ДНК, а мы скорее представляем собой сложную экосистему из разных типов собственных клеток и множества нечеловеческих микробиальных клеток. Кроме бактериальной ДНК в пищеварительном тракте нас наполняют грибки и вирусы, участвующие в пищеварении и в иммунном ответе. У нас во внутренностях находится примерно в десять раз больше микробов, чем вообще клеток в теле. Как вы уже читали в главе 8, наш микробиом – совокупность микробов, их генетических элементов (геномов) и их взаимодействие с нами – во многом влияет на здоровье. Он составляет сердце иммунитета и участвует в функциях, столь же разнообразных, как у гормонов, которые находятся в крови, и определяют, будете ли вы вести безуспешную борьбу с ожирением или жить с повышенным риском отдельных видов рака. То есть, когда мы смотрим на протеом целиком, то смотрим на разговор всех клеток – не только человеческих.

Да, конечно, некоторые из этих полосок и точек на иллюстрации выше соответствуют конкретным человеческим белкам. Но некоторые из этих полос и точек еще «не определены»: мы не знаем, являются ли они следами сочетания известных белков, или они соответствуют каким-то еще белкам в организме. В этом – еще одна прелесть протеомики: мы можем увидеть все, не важно, принадлежит оно человеку или нет, и действительно сделать выводы.

Всеми этими способами вы пытаетесь вернуть тело к здоровому состоянию, которое здесь понимается как гомеостаз или состояние, когда нейротрансмиттеры не выделяются зря, нет проблем с метаболизмом, не живет нигде колония бактерий, которая повышает вероятность некоторых заболеваний, нет ошибок в иммунной или любой другой системе и нет неконтролируемого рака. Это и составляет здоровье, состояние, когда система позволяет жить на полной мощности и получать удовольствие от высокого качества жизни. Последняя часть определения позволяет отделить наше здоровье от «здоровья» компьютерной сети. В этом стабильном состоянии тело знает, что произойдет дальше, его избыточность работает на компенсацию мелких ошибок, и оно на плаву, большей частью. Помните, тело любит предсказуемость. Если вы сможете создать эту предсказуемость, например путем уменьшения стресса, то это поможет телу лучше функционировать и поддерживать здоровое состояние.

После фильма «Гаттака» люди могут задать вопрос, насколько мы близки к манипуляции генами для того, что «трансформировать» себя в новых существ с особыми способностями и сверхчеловеческим здоровьем. Хотя мы еще далеки от того, чтобы сделать из себя супергероев, которые могут перепрыгнуть небоскреб и обладают рентгеновским зрением, я верю, что ежедневно, шаг за шагом совершаемые открытия в лабораториях по всему миру, занятых в изучении генов, протеинов, микробов и т. д. в течение нашей жизни полностью изменят медицину, которую мы сейчас знаем. Она совершит огромный прыжок с того дня, как обложка журнала остановила на себе мой взгляд.

Виртуальная реальность.

Представьте то потрясение, которое я, посвятивший жизнь изучению и лечению рака, получил, увидев обложку «Форчун» с заголовком «Почему мы проигрываем войну с раком». Казалось, на меня показывают пальцем и рассказывают всем, какой я ужасный врач. Онкологию критикуют последние несколько десятилетий, и понятно, что автор статьи хотел нанести еще один укол. Но, несмотря на первую реакцию, я считал и считаю, что такой вид критики необходим. Меня вдохновляет задача починить то, что не работает. Как я уже много раз говорил, если мы поймем, что болезни, включая рак, это не только молекулярные дефекты, то найдем и новые пути их лечения.

При изучении параметров такого состояния, как рак, даже если вы не знаете, что это за переменные, необходимо понимать исходные данные. Для ясности: представьте себе, что я буду мерить вам температуру в течение 30 дней, чтобы узнать среднее значение. Допустим, среднее значение оказалось нормальным +36,6 °С. Вот и хорошо. Но если в один из дней температура подскочила до +38 °С, а потом вы приняли аспирин, и все пришло в норму, то я не увижу этого подъема температуры. Это иллюстрация к одной из фундаментальных проблем медицины: мы посещаем врачей раз в год, если вообще посещаем. В этот единственный визит врач получает статичные значения нескольких показателей – температуры, артериального давления, массы тела и т. д. Но у врача нет данных о том, как менялись эти показатели между визитами и насколько изменились данные.

Выше рассказано, как в течение нескольких месяцев я носил прибор, который показывал, сколько калорий я сжигал каждый день. Эксперимент открыл мне глаза на то, что я бы обязательно пропустил, если бы лишь рассчитывал средний расход калорий путем измерения в случайные моменты времени в пределах суток. Устройство записало все мои движения в течение суток – и выявилось, что три часа в день я неподвижно сижу за столом. А как мы уже видели, сидение имеет серьезные последствия – в основном повышение вероятности множества заболеваний.

Итак, если вы думаете о болезни как о системе, то вы понимаете: есть то, что на «входе», то, что на «выходе», и состояние посредине.

«Состояние», в действительности – это человек, пациент. Это – вы или я. «Вход» – это такие факторы, как окружающая среда, рацион, лекарства, иногда генетические мутации. «Выход» – это симптомы. Что-то болит? Состояние ухудшается? Чувствуете вздутие? И т. д. Врач изменяет «вход»: например, прописывает агрессивную химиотерапию – а потом спрашивает, изменился ли «выход» в лучшую сторону? Уменьшилась ли боль? Улучшилось ли состояние?

Часть сегодняшней задачи по совершенствованию терапии рака, которую впоследствии можно будет распространить на лечение других заболеваний, это перенос описанных новых технологий в виртуальную реальность. В 2009 году я работал вместе с Дэнни Хиллисом и Парагом Маликом: мы собирали предложения для Национального института рака в рамках программы «Точные науки в Онкологическом центре». Наш центр, основанный на 16-миллионный грант от НИР, собрал команды семи ведущих организаций для разработки источников данных и измерений, с помощью которых можно создать «виртуальную раковую опухоль». Источником данных стало секвенирование единичных клеток – чтобы получить возможность потрогать единичную раковую клетку. Когда я говорю «потрогать», то подразумеваю именно это: возможность физически ткнуть клетку маленьким инструментом так же, как вы тыкаете пальцем в плечо знакомого, чтобы привлечь его внимание. Казалось бы, такой метод изучения клетки ненаучен, но на самом деле это один из наиболее тонких тестов для изучения состояния клетки. Кроме того, это эффективная техника для выяснения ответа клетки. А «жесткость» клетки отражает всю биологию клетки и окружающей эту клетку среды.

Основываясь на этой информации, можно будет смоделировать рак и его взаимодействие с организмом и разработать новые и, надеюсь, более точные методы контроля рака. В основе таких возможностей лежит построение многоуровневой модели, включающей уровни клетки, опухоли, органа и тела. Появится возможность играть с виртуальной опухолью, как в компьютерной игре, и смотреть, что получается. Что, если внести мутацию в этот ген? Что, если изменить систему в этом месте? Сложно поверить, что мы до сих пор не проводим такие эксперименты. Как правило, мы лишь закидываем в пациента препарат и смотрим, что получается. Но для таких экспериментов технологии еще не были достаточно развитыми. До последнего времени.

Если это все кажется вам научной фантастикой, достойной фильма с Итаном Хоуком и Умой Турман, то вот небольшой пример из области спорта, который многим обязан взаимодействию со сложным компьютерным моделированием.

Чему могут научиться у футбольных тренеров врачи, ищущие новое лекарство.

Том Лэндри, легендарный основной тренер «Dallas Cowboys», провел команду от первого сезона, не принесшего побед, до лидерства в НФЛ в 1960–1970-е годы. За 29-летнюю работу с «Ковбоями» Лэндри использовал множество технических средств и создал наиболее успешную программу подготовки игроков в истории НФЛ. Лэндри воспользовался своим опытом инженера (контроль качества, промышленная психология, компьютерный анализ), чтобы команда добивалась победы 20 сезонов подряд, этот результат стал НФЛ. Лэндри был первым тренером, использовавшим компьютер. В честь этого знаменитого тренера создали компьютерную игру, основанную на разработанной им стратегии.

Использование в медицине сложного компьютерного моделирования, основанного на принципе видеоигр, не такая абстрактная фантазия, как можно подумать. Раз это помогает выигрывать Суперкубок, то почему не поможет в войне с болезнями? Если Лэндри смог изменить будущее футбола, используя компьютер, то почему современные ученые не могут развить навыки, требующие аналогичного мышления, и применять их для развития медицины? Большинство из нас не задумывается о том, как устроены разнообразные видеоигры, но в них использована отточенная стратегия и изощренные навыки. Основываясь на наборе правил, видеоигра берет множество исходных данных и создает на их основе разные сценарии. К примеру, если вашему виртуальному персонажу попали в голову, то он умирает. Если вы побежите к кому-то, то он отступит на шаг. Каждый раз, когда вы играете, то выясняете правила, уже встроенные в систему.

В параллельной вселенной реального мира, где нам противостоят такие команды, как рак, аутоиммунные и нейродегенеративные заболевания, лучше взять исходные данные для конкретного заболевания, а потом на виртуальной модели посмотреть, что получится, верно? Теоретически можно включить ген и посмотреть, что произойдет с раковой опухолью. Хорошо бы, чтобы ученые тратили время на выяснение способа, которым лучше уничтожить злокачественные клетки, так же, как дети часами выясняют, как лучше застрелить плохого парня в компьютерной игре. Или как доставить химиотерапевтический препарат без побочных эффектов. И это станет возможно, если мы создадим достоверную компьютерную модель рака. Так же, как Лэндри создал компьютерную модель, основанную на богатой статистике НФЛ, можно делать то же самое в области медицины. Например, взять статистику рака и все, что мы сейчас знаем об этом заболевании, и начать создание модели, которая поможет победить в игре, в которой мы так хотим выиграть.

В следующем десятилетии врачи смогут предсказывать болезни скорее как метеорологи, чем как биологи. 30 лет назад погоду не могли предсказать достаточно точно. Но потом были разработаны модели климата, и сейчас можно составлять вполне точные прогнозы на десять дней. Прогнозирование погоды из общих туманных рассуждений о том, чего ожидать в разные сезоны, публиковавшихся в ежегодных календарях для садоводов, превратилось в высокотехнологичную отрасль, работающую в реальном времени и приносящую реальную пользу в виде сохраненных жизней. Благодаря развитию компьютерного моделирования технология прогнозирования улучшается год от года – изучаются форма облаков, изменения температуры, влажности и т. д. Например, можно предсказать ураганы, снежные бури, торнадо и муссоны и лучше подготовиться к ним. Но в медицине сейчас то же самое невозможно, потому что для такого амбициозного проекта собрано и структурировано недостаточно информации. В настоящее время такой массив данных необходим в первую очередь. Компьютер может изучить форму облака и предсказать изменение погоды – и точно так же он сможет изучить форму опухоли и предсказать скорость роста рака, интенсивность снабжения опухоли кровью и питательными веществами, анатомическую локализацию и многое другое.

Еще один взгляд на силу компьютерных технологий появляется при изучении действий маркетологов, тестирующих выкладку товаров. Они постоянно тестируют новые стратегии повышения продаж: «Если я положу этот продукт на уровне глаз, повысятся ли продажи? А если здесь? Где идеальное место размещения товара, которое привлечет большинство покупателей?» Аналогичными вопросами можно задаваться и относительно здоровья. Каким будет идеальный набор условий для максимального здоровья? Как пациент вы сможете спросить: «Что произойдет, если я приму лекарство A или применю метод B?», «Как я могу оптимизировать себя с помощью еды, которую я ем, деятельности, в которой участвую, спорта, которым занимаюсь? И наоборот, что нужно ограничить или вообще от этого отказаться?»

Неизбежно появятся и другие вопросы, на которые нужно будет найти ответы, чтобы понять, чего вы хотите от собственного организма. Вам нужно будет определить, какими будут показатели, когда организм достигнет оптимального состояния. Например, у бодибилдера будет один набор показателей, у концертирующего пианиста – другой. Начальник, чье давление каждый вечер в одно и то же время повышается, сосредоточится на контроле над этим показателем, а страдающий бессонницей будет добиваться достижения хорошего сна в девять ночей из десяти. Итак, отличаться друг от друга станут не только значения показателей, но и их приоритеты. Однако, несмотря на эти отклонения, появится важная общая особенность: коллективный дух взаимообмена, который будет жизненно важен для успешности нового подхода к здоровью.

Рекомендация врача. Всегда думайте в терминах организма как системы. У нее есть «входы» и «выходы». Собирайте медицинские данные о себе и храните их в легкодоступном месте, так как врачу может потребоваться их проанализировать для того, чтобы сделать обоснованные выводы о здоровье системы, т. е. о вашем здоровье. Ваш набор информации, или показателей, индивидуален – и предоставляет вам возможность подогнать действия в области здоровья к потребностям. Это подходит вам, но не всем.