Żaden film o podróżach międzygwiezdnych nie jest kompletny bez głębokiego snu. „Prometeusz”, „Pasażerowie” wszędzie, gdzie widzimy, jak główni bohaterowie budzą się w kabinach hibernacyjnych, wznawiają swoją kruchą fizjologię z długiego stanu nieruchomej skamieliny - często z wydzielaniem soku żołądkowego, czyli po prostu wymiotami. Ten brutalny proces wydaje się mieć sens. W końcu ludzie nie zapadają w naturalny stan hibernacji. Ale niewielka grupa naukowców próbuje przezwyciężyć naturę i wprowadzić człowieka w sztuczną hibernację. Jeśli się powiedzie, mogą opóźnić starzenie się, wyleczyć choroby zagrażające życiu i zabrać nas na Marsa i nie tylko.
W zeszłym tygodniu grupa ekspertów zebrała się w Nowym Orleanie, aby zbadać możliwość zanurzenia ludzi w „syntetycznej” hibernacji, czyli sztucznej hibernacji. Naukowcy uczą się od natury, próbując zrozumieć czynniki, które prowadzą do hibernacji i przebudzenia zwierząt.
Tajemnica hibernacji
Co może być lepszego do przezwyciężenia długich okresów życia w warunkach zbliżającego się zimna i braku pożywienia niż pogrążenie się w głębokiej utracie przytomności? Większość świata zwierząt przechodzi w stan hibernacji: niedźwiedzie, wiewiórki, jeże. Nawet nasi kuzyni naczelnych, lemur o grubych ogonach, obniżają tempo metabolizmu, gdy kurczą się zapasy żywności.
A co z nami? Chociaż niestety nie zapadamy w stan hibernacji, niektóre „cuda” sugerują, że głębokie zamrażanie metaboliczne może pomóc zachować nasze uszkodzone ciała na przyszłość.
W 1999 roku radiolog Anna Bagenholm przewróciła się przez lód podczas jazdy na nartach w Norwegii. Zanim została uratowana, była pod lodem przez ponad 80 minut. Pod każdym względem klinicznie była martwa - bez oddechu, bez pulsu. Temperatura jej ciała spadła do niespotykanego dotąd poziomu 13,7 stopnia Celsjusza.
Jednak gdy lekarze stopniowo podgrzali jej krew, jej ciało powoli się zagoiło. Następnego dnia serce zostało uruchomione ponownie. Dwanaście dni później otworzyła oczy. W końcu całkowicie wyzdrowiała.
Film promocyjny:
Przypadek Bagenholma to tylko jedna wskazówka, że ludzie są zdolni do powrotu do zdrowia po silnie obniżonych stanach metabolicznych. Lekarze od lat stosują hipotermię terapeutyczną, obniżając temperaturę ciała o kilka stopni w ciągu kilku dni, aby pomóc pacjentom radzić sobie z uszkodzeniem mózgu lub opóźnioną padaczką.
Szybkie chłodzenie pomaga zachować tkanki, które zostały odcięte od dopływu krwi, więc do funkcjonowania potrzebują mniej tlenu. W Chinach eksperymenty zatrzymywały ludzi na okres do dwóch tygodni.
Obietnica terapeutycznej hipotermii jest tak duża, że w 2014 roku NASA nawiązała współpracę z SpaceWorks z Atlanty i zapewniła prefinansowanie hibernatora podróży kosmicznych na misję na Marsa.
Chociaż podróże kosmiczne trwają tylko kilka miesięcy, umieszczenie astronautów w stanie nieaktywności może drastycznie zmniejszyć ilość potrzebnego pożywienia i rozmiar siedliska. Zasypianie może również zapobiegać poważnym skutkom ubocznym niskiej grawitacji, takim jak zmiany w przepływie płynu mózgowo-rdzeniowego, które mogą negatywnie wpływać na widzenie. Bezpośrednia stymulacja mięśni dzięki kołysce hibernacyjnej może zapobiegać utracie mięśni w warunkach zerowej grawitacji, a głęboki stan utraty przytomności może potencjalnie zminimalizować problemy psychologiczne, takie jak nuda i samotność.
Projekt wszedł w drugi etap finansowania, ale pozostaje do niego wiele pytań. Jeden z nich wiąże się z tym, że przedłużająca się hipotermia ma straszny wpływ na zdrowie: mogą pojawić się zakrzepy krwi, krwawienie, infekcja, niewydolność wątroby. Na statku kosmicznym bez zaawansowanych urządzeń medycznych te komplikacje mogą być śmiertelne.
Innym problemem jest to, że nie do końca rozumiemy, co dzieje się ze zwierzęciem, które przechodzi w stan hibernacji. To właśnie próbowała rozwiązać konferencja w Nowym Orleanie.
Inspiracja biologiczna
Dr Hannah Carey z University of Wisconsin uważa, że możliwości hibernacji ludzi należy szukać nie w medycynie, ale w przyrodzie.
Carey bada zwyczaje zimowania wiewiórki lądowej, małego wszystkożernego gryzonia, który wędruje po północnoamerykańskich preriach. Od końca września do maja wiewiórka zimowa hibernuje w podziemnych norach, przeżywając surowe zimy.
Jedną z ciekawych obserwacji dokonanych przez Careya jest to, że niskie tempo metabolizmu nie utrzymuje się przez całą zimę. Okresowo śpiące zwierzęta wychodzą z letargu na pół dnia, podnosząc temperaturę ciała do normalnego poziomu. Jednak w tych okresach zwierzęta nadal nie jedzą ani nie piją.
Neurolodzy od dawna starają się sporządzić wyczerpującą listę korzyści płynących ze snu. Na przykład badania pokazują, że sen pomaga mózgowi usuwać toksyczne produkty przemiany materii z układu limfatycznego i umożliwia „ponowne uruchomienie” synaps mózgowych. Jeśli hibernacja sama w sobie prowadzi do stanu braku snu, czy okresowe zasypianie może w tym pomóc?
Jeszcze nie wiemy. Carey uważa jednak, że wyniki badań na zwierzętach pokazują, że w poszukiwaniu hibernacji ludzi badanie biologii naturalnych hibernatorów przyniesie więcej rezultatów niż stosowanie praktyk medycznych opartych na hipotermii, czyli hipotermii.
Sztuczny sen
Podczas gdy Carey i Vyazovsky badają, w jaki sposób hibernacja pomaga zwierzętom zachować zdrowie, dr Matteo Serri z Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech obrał nieco inną ścieżkę: jak sztucznie wywołać odrętwienie u zwierząt, które nie zapadają w stan hibernacji?
Odpowiedź może leżeć w małej grupie neuronów w obszarze mózgu szwu bladego. Ponieważ metabolizm dramatycznie zwalnia podczas hibernacji, prawdopodobnie mechanizmy hormonalne i mózgowe wyzwalają ten proces.
W 2013 roku jego zespół naukowców był jednym z pierwszych, którzy wprowadzili szczury w stan hibernacji. Zazwyczaj te zwierzęta nie śpią zimą. Wstrzyknięto im substancję chemiczną do szwu bladego, aby zahamować aktywność neuronów. Te neurony są zwykle zaangażowane w „termoregulacyjną ochronę przed zimnem”, mówi Serry, czyli wyzwalają reakcje biologiczne, które przeciwdziałają spadkowi temperatury ciała.
Następnie szczury umieszczono w ciemnym, chłodnym pomieszczeniu i karmiono dietą bogatą w tłuszcz, o którym wiadomo, że zmniejsza tempo metabolizmu.
Wyłączenie neuronów obronnych na sześć godzin doprowadziło do gwałtownego spadku temperatury w mózgach szczurów. Częstość akcji serca i ciśnienie krwi również zwolniły i spadły. W końcu wzór fal mózgowych zaczął przypominać wzór zwierząt w stanie naturalnej hibernacji.
Najciekawsze było to, że kiedy naukowcy zaprzestali „leczenia”, szczury wyzdrowiały - już następnego dnia nie wykazywały żadnych oznak nienormalnego zachowania.
Wcześniejsze próby wywołania letargu u zwierząt, które nie zapadają w stan hibernacji, zakończyły się niepowodzeniem, ale badanie to wykazało, że hamowanie neuronów w raphe pallidus jest niezbędne do wywołania stanu ospałości.
Jeśli wyniki te zostaną potwierdzone na przykładzie większych ssaków, sensowne będzie przejście do hibernacji u ludzi. Serri i inni pracują nad dalszą analizą kontroli mózgu nad drętwieniem i nad sposobem zhakowania go, aby wprowadzić mózg w stan hibernacji.
Co dalej?
Zanurzenie osoby w stan hibernacji, hibernacji, zawieszonej animacji - nazwij to jak chcesz - wciąż jest dalekie od rzeczywistości. Jednak wyniki badań stopniowo ujawniają czynniki molekularne i neuronalne, które teoretycznie mogą zapewnić nam stan głębokiego zamrożenia.
Ilya Khel