Vladyslav Vyazovskiy, außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften, Universität Oxford
An kalten, dunklen Tagen ist es verlockend, sich vorzustellen, sich einzuschließen, bis das wärmere Wetter zurückkehrt. Viele Tiere tun genau das, indem sie sich in einen Zustand begeben, der als Torpor bekannt ist, bei dem sie ihre Körperfunktionen auf ein Minimum reduzieren und die Fettspeicher ihres Körpers zur Energiegewinnung nutzen. Könnte der Mensch jemals auf die gleiche Weise überwintern?
Abgesehen davon, dass es eine bequeme Möglichkeit ist, den Winter zu vermeiden, könnte ein Grund, dies herauszufinden, das Aufkommen von Langstrecken-Raumfahrten sein. Eine Reise zu unserem nächstgelegenen Planeten Mars würde mit der heutigen Technologie etwa acht Monate dauern. Wenn wir eines Tages ein anderes Sternensystem besuchen wollen, würde die Reise, selbst wenn wir mit Lichtgeschwindigkeit reisen könnten, Jahre dauern. Die Möglichkeit, sich in einen Langzeitstillstand zu versetzen, würde solche Entfernungen für die Astronauten wesentlich weniger beschwerlich machen und lebenswichtige Ressourcen schonen.
Als Neurowissenschaftler gehöre ich derzeit einem Expertenteam an, das von der Europäischen Weltraumorganisation organisiert wurde, um herauszufinden, ob und wie wir Menschen in einen Zustand der Stasis versetzen können. Es ist immer noch eine offene Frage, aber zumindest in der Theorie können wir nicht ausschließen, dass es möglich ist.
Körpertemperatur und Stoffwechsel
Igel fallen in einen längeren Winterschlaf, normalerweise im Winter.
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Torpor scheint sich entwickelt zu haben, um die Lücken während der Perioden des Jahres effektiv zu füllen, in denen es für bestimmte Tiere nicht notwendig ist, in der Welt zu sein, zum Beispiel wenn die Nahrung knapp ist. Technisch gesehen handelt es sich um einen regulierten Zustand mit reduziertem Stoffwechsel, d. h. die chemischen Reaktionen im Körper eines Organismus, die ihn am Leben erhalten, verlangsamen sich. Die Herzfrequenz, die Atmung und der Energieverbrauch nehmen drastisch ab, und auch die Körpertemperatur kann sinken.
Wann und wie lange Tiere in Torpor gehen, kann sehr unterschiedlich sein, von vielen Monaten im Jahr bis hin zu nur wenigen Stunden am Tag über einen Zeitraum von einigen Monaten. Manche Tiere, wie Mäuse und Kolibris, gehen täglich in den Winterschlaf, um Energie zu sparen. Andere, wie Igel und Bären, fallen über längere Zeiträume in Torpor, meist im Winter (Winterschlaf). Die Arten, die jedes Jahr in den Winterschlaf gehen, auch wenn die äußeren Bedingungen stabil sind, werden als obligatorische Winterschläfer bezeichnet.
Die Tatsache, dass große Säugetiere wie Bären und sogar Primaten wie der fettschwänzige Zwerglemur auf Madagaskar Winterschlaf halten können, bedeutet, dass der Mensch theoretisch nicht zu groß oder zu energiehungrig ist, um in den Winterschlaf zu gehen. Auch unsere evolutionäre Herkunft hindert uns nicht daran, denn Winterschlaf haltende Tiere sind bei allen Säugetierarten weit verbreitet.
Kontrollierte Unterkühlung und Stoffwechsel werden in der klinischen Praxis bereits häufig eingesetzt, z. B. bei Herzoperationen und zum Schutz von Geweben vor Schäden, wenn die Durchblutung reduziert ist, wie z. B. nach einem Schlaganfall. Die Senkung der Körpertemperatur und des Stoffwechsels bedeutet, dass die Zellen weniger Sauerstoff benötigen, was ihr Überleben in Situationen ermöglicht, in denen kein Sauerstoff zur Verfügung steht. Dieser Prozess der künstlichen Abkühlung beim Menschen ähnelt dem spontanen Kälteschlaf bei Tieren, da er eine verringerte Atmung, Herzfrequenz und einen reduzierten Stoffwechsel beinhaltet. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass Tiere den Weg zum sicheren und spontanen Einschlafen zu „kennen“ scheinen. Um die Körpertemperatur eines Menschen zu senken, indem man seine natürliche Thermoregulation blockiert, ist der aggressive Einsatz von Medikamenten erforderlich.
Eine der Schwierigkeiten bei der Nachbildung von Torpor besteht darin, dass wir nicht wirklich wissen, wie Tiere diesen Prozess einleiten und aufrechterhalten. Es wurde viel geforscht, um dies zu untersuchen, aber bisher wurden nur wenige schlüssige Antworten gefunden. Einerseits ist es möglich, dass der Torpor „von unten nach oben“ ausgelöst wird, d. h. durch Veränderungen in einzelnen Zellen des Körpers auf molekularer Ebene. Aber auch ein „Top-Down“-Ansatz, bei dem Signale des Nervensystems oder Hormone eine Rolle spielen, ist denkbar.
Schutz des Gehirns
Ein weiteres zentrales Problem bei der Idee des menschlichen Winterschlafs ist die Frage, welche Auswirkungen er auf das Gehirn haben könnte. Tiere, die Winterschlaf halten, erwachen regelmäßig für einige Stunden oder Tage aus dem Winterschlaf, verbringen diese Zeit aber oft schlafend, bevor sie wieder in den Winterschlaf zurückkehren. Auch Tiere, die aus dem täglichen Winterschlaf erwachen, fallen in der Regel in einen Tiefschlaf.
Dies hat einige Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass wir uns den Winterschlaf zwar wie einen langen Schlaf vorstellen, dass der Winterschlaf aber in Wirklichkeit einen Zustand des Schlafmangels schafft, den die Tiere regelmäßig ausgleichen müssen. Dies lässt sich daran erkennen, dass die Gehirnwellenmuster der Tiere ähnlich sind, wenn sie aus dem Winterschlaf erwachen, wie wenn sie unter Schlafentzug gelitten haben.
Das könnte daran liegen, dass der niedrige Stoffwechsel und die niedrige Körpertemperatur des Winterschlafs mit einer Aktivität in diesen Gehirnregionen einhergehen, die normalerweise mit der Schlafregulierung verbunden sind. Es könnte aber auch daran liegen, dass der Torpor das Gehirn in einer Weise verändert, die es schädigen könnte, wenn es nicht durch die Mechanismen des Schlafs wiederhergestellt wird. Das Gehirn reagiert sehr empfindlich auf Sauerstoffmangel und muss daher während der Zeit, in der die Blut- und Nährstoffzufuhr reduziert ist, geschützt werden.
Eine weitere Möglichkeit, wie sich der Torpor auf das Gehirn auswirkt, besteht darin, die synaptischen Verbindungen, die die Grundlage unserer Erinnerungen bilden, zu reduzieren und neu zu organisieren. Untersuchungen an Tieren wie Fledermäusen zeigen, dass die meisten Erinnerungen auch nach vielen Monaten in einem Zustand fast vollständiger neuronaler Depression erhalten bleiben. Einige Erinnerungen scheinen jedoch besser gepflegt zu werden als andere, wie etwa die Fähigkeit, sich an nahe Verwandte zu erinnern. Wenn wir also einen menschlichen Winterschlaf herbeiführen wollten, wäre es von entscheidender Bedeutung, weiter zu untersuchen, wie Erinnerungen über einen langen Zeitraum des Kälteschlafs erhalten bleiben.
Während wir immer noch nicht wissen, ob ein sicherer längerer menschlicher Winterschlaf möglich ist, könnte die Erforschung potenzieller Mechanismen die neuen Erkenntnisse liefern, die notwendig sind, um dies Wirklichkeit werden zu lassen. Jüngste technologische Fortschritte und neue pharmakologische und genetische Hilfsmittel haben bereits gezeigt, dass es möglich ist, Schlaf zu induzieren oder zu manipulieren. Um jedoch vollständig zu verstehen, wie wir den menschlichen Winterschlaf sicher herbeiführen können, müssen wir wahrscheinlich die wichtigsten Gehirnschaltkreise analysieren und die wichtigsten molekularen Bahnen identifizieren, die unsere Schlaffunktionen regulieren.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.