Vladyslav Vjazovskij, docent neurovědy, University of Oxford
V chladných a temných dnech je lákavé představit si, že se zavřeme do sebe, dokud se nevrátí teplejší počasí. Mnozí živočichové to dělají právě tak, že se dostanou do stavu známého jako torpor, kdy omezí své tělesné funkce na minimum a k získávání energie využívají tukové zásoby v těle. Mohli by lidé někdy hibernovat stejným způsobem?
Kromě toho, že by to byl pohodlný způsob, jak se vyhnout zimě, by jedním z důvodů, proč to zjistit, mohl být nástup cestování do vesmíru na velké vzdálenosti. Cesta na naši nejbližší planetu Mars by za použití současné technologie trvala přibližně osm měsíců. Pokud jednoho dne doufáme, že navštívíme jiný hvězdný systém, i kdybychom mohli cestovat rychlostí světla, cesta by trvala roky. Možnost přejít do stavu dlouhodobé letargie by takové vzdálenosti pro astronauty podstatně zkrátila a ušetřila by životně důležité zdroje.
Jako neurovědec jsem v současné době členem týmu odborníků organizovaného Evropskou kosmickou agenturou, jehož cílem je zjistit, zda a jak bychom mohli být schopni uvést člověka do stavu letargie. Je to stále otevřená otázka, ale přinejmenším teoreticky nemůžeme vyloučit, že by to bylo možné.
Tělesná teplota a metabolismus
Hedgehogové upadají do delšího období letargie, obvykle v zimě.
(Kredit: )
Torpor se zřejmě vyvinul, aby účinně vyplnil mezery v těch obdobích roku, kdy není potřeba, aby někteří živočichové byli na světě, například při nedostatku potravy. Technicky jde o regulovaný stav sníženého metabolismu, což znamená, že chemické reakce v těle organismu, které ho udržují při životě, se zpomalují. Srdeční tep, dýchání a spotřeba energie se dramaticky sníží a může klesnout i tělesná teplota.
Kdy a na jak dlouho se zvířata dostanou do torporu, může být velmi různé, od mnoha měsíců v roce až po několik hodin denně po dobu několika měsíců. Někteří živočichové, například myši a kolibříci, vstupují do stavu torporu denně, pokud potřebují šetřit energií. Jiní, například ježci a medvědi, upadají do delšího období torporu, obvykle během zimy (tomu říkáme hibernace). Těm druhům, které upadají do torporu každý rok, i když jsou venku stabilní podmínky, se říká obligátní hibernátoři.
Skutečnost, že velcí savci, jako jsou medvědi, a dokonce i primáti, například tlustoocasý lemur trpasličí z Madagaskaru, mohou hibernovat, znamená, že teoreticky ani lidé nejsou příliš velcí nebo energeticky nároční, aby upadali do torporu. Nebrání nám v tom ani náš evoluční původ, protože hibernace byla hojně zjištěna u všech druhů savců.
Kontrolovaná hypotermie a metabolismus se již široce využívají v klinické praxi, například při srdečních operacích a k ochraně tkání před poškozením při sníženém průtoku krve, například po mrtvici. Snížení tělesné teploty a metabolismu znamená, že buňky potřebují méně kyslíku, což jim umožňuje přežít v podmínkách, kdy kyslík nelze dodat. Zdá se, že tento proces umělého ochlazování u lidí je podobný spontánní letargii u zvířat, protože zahrnuje snížení dýchání, srdeční frekvence a metabolismu. Zásadní rozdíl však spočívá v tom, že zvířata zřejmě „znají“ způsob, jak bezpečně a spontánně vstoupit do torporu. Snížení tělesné teploty člověka zablokováním jeho přirozené termoregulace vyžaduje agresivní použití léků.
Jednou z obtíží při replikaci torporu je, že ve skutečnosti nevíme, jak zvířata tento proces zahajují a udržují. Jeho zkoumání bylo věnováno mnoho výzkumů, ale zatím se podařilo získat jen málo přesvědčivých odpovědí. Na jedné straně je možné, že torpor je spouštěn způsobem „zdola nahoru“, počínaje změnami probíhajícími v jednotlivých buňkách těla na molekulární úrovni. Roli však může hrát i přístup „shora dolů“, který zahrnuje signály z nervové soustavy nebo hormony.
Ochrana mozku
Je tu ještě jeden klíčový problém spojený s myšlenkou lidské hibernace, a to, co by mohla způsobit mozku. Zvířecí hibernátoři se pravidelně probouzejí z torporu na dobu několika hodin nebo dní, ale často tuto dobu stráví spánkem, než se vrátí do hibernace Podobně i zvířata, která se probouzejí z denního torporu, obvykle upadají do hlubokého spánku
To vedlo některé vědce k domněnce, že ačkoli máme tendenci považovat hibernaci za něco jako dlouhý spánek, torpor ve skutečnosti vytváří stav nedostatku spánku a zvířata to musí pravidelně kompenzovat. Můžeme to pozorovat na tom, jak jsou vzorce mozkových vln zvířat podobné, když se vynoří z torporu, a když byla zbavena spánku.
To je možná proto, že nízký metabolismus a tělesná teplota torporu jsou spojeny s aktivitou v těch oblastech mozku, které jsou obvykle spojeny s regulací spánku. Může to však být také proto, že torpor mění mozek způsobem, který by ho mohl poškodit, pokud by nebyl obnoven mechanismy spánku. Mozek je velmi citlivý na nedostatek kyslíku, a proto potřebuje ochranu v době, kdy je omezen přísun krve a živin.
Dalším způsobem, jak torpor ovlivňuje mozek, je omezení a reorganizace synaptických spojení, která jsou základem našich vzpomínek. Výzkumy na zvířatech, jako jsou netopýři, ukazují, že většina vzpomínek je zachována i po mnoha měsících ve stavu téměř úplné neuronální deprese. Zdá se však, že o některé vzpomínky je postaráno lépe než o jiné, například o schopnost pamatovat si blízké příbuzné. Pokud bychom tedy chtěli navodit lidskou hibernaci, bylo by životně důležité dále zkoumat, jak se vzpomínky uchovávají po dlouhou dobu torporu.
Ačkoli si stále nejsme jisti, zda je bezpečná dlouhodobá lidská hibernace možná, výzkum zabývající se možnými mechanismy může poskytnout nové poznatky potřebné k tomu, aby se to stalo skutečností. Nedávný technologický pokrok a nové farmakologické a genetické nástroje již ukázaly velký potenciál pro navození nebo manipulaci se spánkem. Abychom však plně pochopili, jak bychom mohli bezpečně navodit lidskou hibernaci, budeme pravděpodobně muset rozpitvat klíčové mozkové obvody a identifikovat klíčové molekulární dráhy, které regulují naše spánkové funkce.
Tento článek byl původně publikován na stránkách The Conversation. Přečtěte si původní článek.