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

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.

Вывод ясен: масштабирование дозировки лекарств – дело совсем не тривиальное, и наивный подход к ней может привести к нежелательным результатам и ошибочным выводам, если не рассчитывать дозировку корректно, с должным вниманием к основополагающим механизмам переноса и усвоения медикаментов. Этот вопрос, несомненно, чрезвычайно важен и в некоторых случаях даже может стать вопросом жизни и смерти. В этом заключается одна из основных причин, по которым выдача разрешения на широкое применение новых лекарств занимает столько времени.

Чтобы вы не подумали, что речь идет о каком-то никому не известном, маргинальном исследовании, отметим, что статья о слонах и ЛСД была опубликована в журнале Science[32], одном из самых уважаемых и престижных научных журналов мира.

С проблемой масштабирования дозировки лекарств в зависимости от массы тела хорошо знакомы многие из нас: с ними приходится сталкиваться родителям детей с повышенной температурой, простудами, отитами и другими подобными превратностями. Я помню то немалое удивление, с которым обнаружил много лет назад, когда пытался посреди ночи успокоить орущего младенца с высокой температурой, что рекомендованная для детей дозировка, напечатанная на этикетке бутылочки тайленола, увеличивалась с массой тела линейно. Поскольку мне уже была известна трагическая история слона Таско, я был несколько обеспокоен этим. На этикетке был приведен маленький график, показывавший, сколько лекарства следует давать ребенку того или иного возраста и веса. Например, для младенца весом 3 кг рекомендованная дозировка составляла четверть чайной ложки (40 мг), а для ребенка весом 18 кг (в шесть раз тяжелее) – полторы чайной ложки (240 мг), то есть ровно в шесть раз больше. Однако если следовать нелинейному закону масштабирования с показателем 2/3 , то дозировка должна увеличиться всего лишь в 62/3  3,3 раза, что соответствует 132 мг, то есть чуть больше половины рекомендованной дозы! Таким образом, если правильная доза для трехкилограммового младенца действительно равна 1/4 ложки, то доза 1,5 ложки, рекомендованная для ребенка, весящего 18 кг, была завышена почти в два раза.

Хочется надеяться, что эти рекомендации не были опасны для детей, но несколько лет спустя я заметил, что этот график исчез и с этикеток, и с веб-сайта фармацевтической компании. Однако на том же сайте до сих пор имеется график, представляющий линейную шкалу рекомендованной дозировки для детей весом от 18 до 36 кг, хотя для младенцев весом менее 18 кг (младше двух лет) там теперь разумно рекомендуют посоветоваться с врачом. Тем не менее другие авторитетные сайты до сих пор используют при определении дозировок для детей младше этого возраста линейное масштабирование[33].

7. ИМТ, Кетле, средний человек и социальная физика

Еще один важный медицинский вопрос, связанный с масштабированием, – это использование индекса массы тела (ИМТ) в качестве меры содержания жира в организме и, в более широком смысле, важного параметра здоровья. В последние годы этот показатель получил широкую популярность в связи с его повсеместным использованием в диагностике ожирения и многочисленных связанных с ним нарушений здоровья, в том числе гипертонии, диабета и кардиологических заболеваний. Хотя бельгийский математик Адольф Кетле ввел ИМТ более 150 лет назад в качестве простого параметра классификации людей, ведущих малоподвижный образ жизни, этот показатель приобрел большой авторитет как у врачей, так и у широкой общественности, несмотря на свои довольно туманные теоретические обоснования.