Vladyslav Vyazovskiy, profesor nadzwyczajny neurobiologii, Uniwersytet w Oksfordzie
W zimne, ciemne dni kuszące jest wyobrażenie sobie zamknięcia się w sobie do czasu powrotu cieplejszej pogody. Wiele zwierząt właśnie to robi, wchodząc w stan znany jako letarg, w którym funkcje organizmu są ograniczone do minimum, a zapasy tłuszczu w ciele są wykorzystywane do pozyskiwania energii. Czy ludzie mogliby kiedykolwiek hibernować w ten sam sposób?
Oprócz zapewnienia wygodnego sposobu na uniknięcie zimy, jednym z powodów, aby się o tym przekonać, może być pojawienie się długodystansowych podróży kosmicznych. Podróż na najbliższą nam planetę Mars zajęłaby około ośmiu miesięcy przy użyciu obecnej technologii. Jeśli pewnego dnia mamy nadzieję odwiedzić inny system gwiezdny, nawet jeśli moglibyśmy podróżować z prędkością światła, podróż zajęłaby lata. Możliwość przejścia w stan długotrwałego letargu sprawiłaby, że takie odległości byłyby znacznie mniej uciążliwe dla astronautów i pozwoliłyby zachować niezbędne zasoby.
Jako neurobiolog jestem obecnie częścią zespołu ekspertów zorganizowanego przez Europejską Agencję Kosmiczną w celu zbadania, czy i jak możemy być w stanie wprowadzić ludzi w stan stazy. Jest to wciąż otwarte pytanie, ale przynajmniej w teorii nie możemy wykluczyć, że może to być możliwe.
Temperatura ciała i metabolizm
Jeże przechodzą w przedłużone okresy letargu, zwykle podczas zimy.
(Credit: )
Torpor wydaje się ewoluować, aby skutecznie wypełnić luki podczas tych okresów w roku, kiedy nie ma potrzeby, aby niektóre zwierzęta były na świecie, na przykład gdy brakuje żywności. Technicznie rzecz biorąc, odnosi się do regulowanego stanu zmniejszonego metabolizmu, co oznacza spowolnienie reakcji chemicznych w organizmie, które utrzymują go przy życiu. Tętno, oddychanie i zużycie energii wszystko drastycznie spadają, a temperatura ciała może również spaść.
Kiedy i jak długo zwierzęta wchodzą w letarg może się ogromnie różnić, od wielu miesięcy w roku, do zaledwie kilku godzin dziennie w okresie kilku miesięcy. Niektóre zwierzęta, takie jak myszy i kolibry, wchodzą w stan letargu na co dzień, jeśli muszą oszczędzać energię. Inne, takie jak jeże i niedźwiedzie, przechodzą w dłuższe okresy letargu, zwykle w zimie (nazywamy to hibernacją). Te gatunki, które zapadają w letarg co roku, nawet jeśli warunki na zewnątrz są stabilne, nazywamy hibernatorami obligatoryjnymi.
Fakt, że duże ssaki, takie jak niedźwiedzie, a nawet naczelne, takie jak karłowaty lemur o grubym ogonie z Madagaskaru, mogą hibernować, oznacza, że teoretycznie ludzie nie są zbyt duzi lub głodni energii, by zapadać w letarg. Ani nasze ewolucyjne pochodzenie nie uniemożliwia nam tego, ponieważ hibernujące zwierzęta zostały znalezione szeroko we wszystkich typach ssaków.
Kontrolowana hipotermia i metabolizm są już szeroko stosowane w praktyce klinicznej, np. podczas operacji serca i do ochrony tkanek przed uszkodzeniem, gdy przepływ krwi jest zmniejszony, np. po udarze. Obniżenie temperatury ciała i metabolizmu oznacza, że komórki potrzebują mniej tlenu, co umożliwia im przeżycie w warunkach, w których tlen nie może być dostarczony. Ten proces sztucznego chłodzenia u ludzi wydaje się podobny do spontanicznego letargu u zwierząt, ponieważ obejmuje zmniejszenie oddychania, tętna i metabolizmu. Jednak kluczowa różnica polega na tym, że zwierzęta wydają się „znać” sposób na bezpieczne i spontaniczne wejście w letarg. Obniżenie temperatury ciała człowieka poprzez zablokowanie jego naturalnej termoregulacji wymaga agresywnego stosowania leków.
Jedną z trudności z odtworzeniem letargu jest to, że tak naprawdę nie wiemy, jak zwierzęta rozpoczynają i utrzymują ten proces. Wiele badań poświęcono na jego zbadanie, ale do tej pory uzyskano niewiele rozstrzygających odpowiedzi. Z jednej strony możliwe jest, że letarg jest wywoływany w sposób „oddolny”, począwszy od zmian zachodzących w poszczególnych komórkach ciała na poziomie molekularnym. Ale podejście „odgórne”, które obejmuje sygnały z układu nerwowego lub hormony, może również odgrywać rolę.
Ochrona mózgu
Jest jeszcze jedna kluczowa kwestia związana z ideą ludzkiej hibernacji, a mianowicie to, co może ona zrobić z mózgiem. Zwierzęta hibernujące regularnie wychodzą z letargu na okres godzin lub dni, ale często spędzają ten czas śpiąc, przed powrotem do hibernacji Podobnie zwierzęta wychodzące z dziennego letargu również zazwyczaj wchodzą w głęboki sen.
To doprowadziło niektórych naukowców do sugestii, że chociaż mamy tendencję do myślenia o hibernacji jak o długim śnie, letarg w rzeczywistości tworzy stan pozbawiony snu i zwierzęta muszą regularnie to kompensować. Możemy to zobaczyć w sposób wzorce fal mózgowych zwierząt są podobne, gdy wyłaniają się z letargu do kiedy zostały one sleep deprived.
To może dlatego, że niski metabolizm i temperatura ciała letargu są związane z aktywnością w tych regionach mózgu, które są zwykle związane z regulacją snu. Ale może to być również dlatego, że letarg zmienia mózg w sposób, który mógłby go uszkodzić, jeśli nie został przywrócony przez mechanizmy snu. Mózg jest bardzo wrażliwy na brak tlenu i dlatego musi być chroniony w czasie, gdy krew i składniki odżywcze są zmniejszone.
Inny sposób, że letarg wpływa na mózg jest przez zmniejszenie i reorganizację połączeń synaptycznych, które są podstawą naszych wspomnień. Badania na zwierzętach takich jak nietoperze pokazują, że większość wspomnień jest zachowana nawet po wielu miesiącach w stanie prawie całkowitej depresji neuronów. Jednak niektóre wspomnienia, takie jak zdolność do zapamiętywania bliskich krewnych, wydają się być pod lepszą opieką niż inne. Gdybyśmy więc chcieli wywołać ludzką hibernację, niezwykle ważne byłoby zbadanie, w jaki sposób wspomnienia są zachowywane przez długi okres letargu.
Choć nadal nie jesteśmy pewni, czy bezpieczna, przedłużona ludzka hibernacja jest możliwa, badania nad potencjalnymi mechanizmami mogą dostarczyć nowych spostrzeżeń potrzebnych, by stało się to rzeczywistością. Ostatnie postępy technologiczne oraz nowe narzędzia farmakologiczne i genetyczne wykazały już duży potencjał w zakresie wywoływania lub manipulowania snem. Ale aby w pełni zrozumieć, jak moglibyśmy bezpiecznie wywołać ludzką hibernację, prawdopodobnie będziemy musieli rozebrać kluczowe obwody mózgowe i zidentyfikować kluczowe ścieżki molekularne, które regulują nasze funkcje snu.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany na The Conversation. Przeczytaj oryginalny artykuł.