Hibernacja w kosmosie: czy można zanurzyć człowieka w sen zimowy?

Ani jeden film o międzygwiezdnej podróży nie obywa się bez nurkowania w głęboki sen. "Prometeusz", "Pasażerowie", wszędzie widzimy, jak bohaterowie budzą się w kabinach hibernacji, перезапускают swoją delikatną fizjologię z długotrwałego stanu nieruchomo skamieniałości — często z erupcji płynów żołądkowych, czyli po prostu wymioty. Ten okrutny proces, sądząc, ma sens. W końcu ludzie nie zapadają w sen zimowy w swej naturze. Ale mała grupa naukowców próbuje przezwyciężyć naturę i zanurzyć człowieka w zahibernowanych. W przypadku sukcesu mogą opóźnić proces starzenia, leczenia zagrażających życiu choroby i wyprowadzić nas na Marsa i poza nim.

W zeszłym tygodniu grupa ekspertów zebrał się w Nowym Orleanie, aby zbadać możliwość zanurzenia ludzi w "syntetyczną" hibernacji, czyli zahibernowanych. Naukowcy uczą się od natury, starając się zrozumieć czynniki, które prowadzą do hibernacji i ponownego przebudzenia u zwierząt.

Zagadka hibernacji

Co może być lepsze dla pokonywania długich odcinków życia w warunkach zagrażających zimna i braku jedzenia, niż zanurzenie się w głęboką nieświadomość? Duża część świata zwierzęcego ucieka w sen zimowy: niedźwiedzie, wiewiórki, jeże. Nawet nasi kuzyni z naczelnych, толстохвостые lemury, drastycznie obniżają poziom metabolizmu, kiedy zapasy żywności są redukowane.

Co z nami? Choć, niestety, nie zagłębiamy się w stanie hibernacji, jakieś "cuda" sugerują, że choroba metaboliczna głębokie mrożenie może pomóc utrzymać nasze uszkodzenie ciała na rzecz przyszłości.

W 1999 roku radiolog Anna Багенхольм nie pod lodem podczas jazdy na nartach w Norwegii. Do momentu zbawienia, była pod lodem ponad 80 minut. Według ogólnej opinii, klinicznie była martwa — brak oddechu, brak tętna. Temperatura jej ciała spadła do bezprecedensowych 13,7 stopni Celsjusza.

Kiedy Jednak lekarze stopniowo ogrzewa jej krew, ciało powoli заживало. Następnego dnia serce było uruchomiona. Przez dwanaście dni otworzyła oczy. W końcu jest ona w pełni sprawna.

Przypadek Багенхольм to tylko jedna z propozycji do tego, że ludzie mają zdolność odzyskiwać z mocno obniżonego stanu metabolicznego. Przez wiele lat lekarze stosowali terapeutyczną hipotermię, obniżanie temperatury ciała o kilka stopni w ciągu kilku dni, aby pomóc pacjentom radzić sobie z urazami mózgu lub padaczką w zwolnionym stanie.

Szybkie chłodzenie pomaga zachować tkanki, które zostały odcięte od dopływu krwi, dlatego wymagają one mniej tlenu do funkcjonowania. W Chinach eksperymenty utrzymywali ludzi w stanie zamrożonym do dwóch tygodni.

Obietnica terapeutycznej hipotermii tak duża, że w 2014 roku NASA zawarła partnerstwo z SpaceWorks z Atlanty i uzyskano wstępne finansowanie гибернатору do podróży kosmicznych misji na Marsa.

Mimo, że lot w kosmos trwa zaledwie kilka miesięcy, pomieszczenie astronautów w stan nieaktywny może znacznie zmniejszyć liczbę posiłków i wielkość siedliska. Zanurz się w sen może również zapobiec poważne skutki uboczne od niskiej grawitacji, takie jak zmiany prądu płynie mózgowo-rdzeniowym, negatywnie wpływa na wzrok. Bezpośrednia stymulacja mięśni, który łaskawie będzie realizować kolebka hibernacji, może zapobiec utracie mięśni w warunkach zerowej grawitacji, a głęboki stan nieświadomości może potencjalnie zminimalizować problemy psychologiczne, takie jak nuda i samotność.

Projekt przeszedł drugi etap finansowania, ale do niego pozostało wiele pytań. Jedna z nich związana jest z tym, że długotrwałe hipotermia strasznie wpływ na zdrowie: mogą pojawić się skrzepy krwi, krwawienie, zakażenie, niewydolność wątroby. Na statku bez skomplikowanych urządzeń medycznych te powikłania mogą być śmiertelne.

Inny problem polega na tym, że my nie do końca rozumiemy, co dzieje się ze zwierzęciem, gdy ono przechodzi w stan hibernacji. Właśnie to próbował rozwiązać na konferencji w Nowym Orleanie.

Biologiczne inspiracje

Doktor Hanna Cary z Uniwersytetu Wisconsin uważa, że możliwość zanurzenia ludzi w stan hibernacji trzeba szukać nie w medycynie, a w naturze.

Cary bada nawyki hibernacji lądowej białka, drobnego всеядного gryzonia, który wędruje po północnoamerykańskim łąki. Od końca września do maja lądowa białka zimuje w podziemnych norach, przeżywając ostre zimy.

"fakt, że hibernacja jest możliwa w rodowodzie naczelnych, sprawia, że możliwe biomedycznych otwarcia, mające zastosowanie do ludzi", mówi ona.

Jedną z ciekawych obserwacji, wykonanych Cary, polega na tym, że niski poziom metabolizmu nie trwa całą zimę. Okresowo uśpione zwierzęta wychodzą ze stanu marazmu na pół dnia, podnosząc temperaturę swojego ciała do normalnego poziomu. Jednak zwierzęta wciąż nie jedzą i nie piją w tych okresach.

"Początkowo hibernacja była kontynuacją snu, ale fizjologicznie różni się, ponieważ twój metabolizm całkowicie zwalnia, choć jest zapisane", mówi oxford neurolog dr Vlad Вязовский, który na konferencji. "Торпор (otępienie), ten nadzwyczajny kwasica wyzwanie, wygląda na to, że coś robi z mózgiem lub ciałem, łączy sen z odzysku".

Neurologów od dawna starają się zebrać pełna lista zalet snu. Na przykład, badania pokazują, że sen pomagamózg usunąć toksyczne odpady w układ limfatyczny i pozwala "uruchomić ponownie" synapses mózgu. Jeśli hibernacja sama w sobie prowadzi do stanu snu, czy zanurzanie w sen z tym pomóc?

Jeszcze nie wiemy. Ale Carey uważa, że wyniki badań na zwierzętach wskazują, że w poszukiwaniu ludzkiej hibernacji nauka biologii naturalnych гибернаторов da większy skutek, niż zastosowanie medyczne praktyki na podstawie hipotermii, czyli wychłodzenia.

Sztuczne zanurzenie w sen

Podczas gdy Cary i Вязовский badają, jak hibernacja pomaga zwierzętom pozostać zdrowymi, dr Matteo Serri z Uniwersytetu w Bolonii we Włoszech wybrał nieco inną drogę: jak sztucznie wywołać konsternację u zwierząt, które nie uciekają się do skrzywiony?

Odpowiedź może kryć się w małej grupie neuronów w obszarach mózgu raphe pallidus. Ponieważ metabolizm znacznie zwalnia podczas snu, hormonalne i mózgowe mechanizmy, prawdopodobnie uruchamia ten proces.

Jeszcze w 2013 roku jego zespół naukowców była jedną z pierwszych, kto wprowadził szczurów w stan hibernacji. Zazwyczaj te zwierzęta nie śpią zimą. Im wstrzyknięto substancję chemiczną w raphe pallidus, aby hamować aktywność neuronów. Neurony te zazwyczaj biorą udział w "терморегуляторной ochrony przed zimnem", mówi Serri, czyli powodują biologiczne reakcje, przeciwdziałające obniżenia temperatury ciała.

Następnie szczury umieszczano w ciemną, zimną pokoju i karmione pokarmem z wysoką zawartością tłuszczu — jest, jak wiadomo, obniża tempo metabolizmu.

Wyłączanie ochronnych neuronów na sześć godzin doprowadziło do gwałtownego spadku temperatury w mózgach szczurów. Ich rytm serca i ciśnienie krwi oraz замедлялись i spadła. W końcu, rysunek fal mózgu zaczął przypominać rysunek fal zwierząt w stanie naturalnej hibernacji.

Najciekawsze było to, że kiedy naukowcy przestali "leczenie", szczury odzyskane — już na następny dzień u nich nie było oznak nieprawidłowego zachowania.

Wcześniejsze próby budzą торпор u zwierząt, które nie zapadają w sen zimowy, ponieśli porażkę, ale w tym badaniu wykazano, że hamowanie neuronów w raphe pallidus ma zasadnicze znaczenie dla działania indukcji торпороподобного stanu.

Jeśli wyniki te zostaną potwierdzone na przykładzie większych ssaków, pojawi się sens przechodzić i do zanurzenia w sen zimowy ludzi. Serris i inni pracują nad dalszym analizą kontroli mózgu nad оцепенением i jak się go złamać, aby zanurzyć się w mózg w stan hibernacji.

Co dalej?

Zanurzenie człowieka w stan hibernacji, uśpienia, hibernacji — nazwij to jak chcesz — jeszcze daleko od rzeczywistości. Ale wyniki badań stopniowo ujawnia cząsteczkowe i neuronal czynniki, które mogą w teorii zapewnić nam stan głębokiego mrożenia.

Zgadzam się, to by było ciekawe. Powiedz w naszej