Ни один фильм о межзвездных путешествиях не обходится без погружений в глубокий сон. «Прометей», «Пассажиры», везде мы видим, как главные герои пробуждаются в кабинах гибернации, перезапускают свою хрупкую физиологию из длительного состояния неподвижной окаменелости — зачастую с извержением желудочных жидкостей, то есть попросту рвотой. Этот жестокий процесс, судя по всему, имеет смысл. В конце концов, люди не погружаются в спячку по своей природе. Но небольшая группа ученых пытается побороть природу и погрузить человека в искусственную спячку. В случае успеха они могут отсрочить старение, вылечить опасные для жизни болезни и вывести нас на Марс и за его пределы.
На прошлой неделе группа экспертов собралась в Новом Орлеане, чтобы изучить возможность погружения людей в «синтетическую» гибернацию, то есть искусственную спячку. Ученые учатся у природы, пытаясь понять факторы, которые приводят к гибернации и повторному пробуждению у животных.
Загадка гибернации
Что может быть лучше для преодоления долгих отрезков жизни в условиях угрожающего холода и нехватки еды, чем погружение в глубокую бессознательность? Большая часть животного мира уходит в зимнюю спячку: медведи, белки, ежи. Даже наши двоюродные братья из приматов, толстохвостые лемуры, резко снижают уровень метаболизма, когда запасы пищи сокращаются.
Как насчет нас? Хотя мы, к сожалению, не погружаемся в спячке, некоторые «чудеса» предполагают, что метаболическое глубокое замораживание может помочь сохранить наши поврежденные тела на благо будущего.
В 1999 году радиолог Анна Багенхольм провалилась под лед во время катания на лыжах в Норвегии. К моменту спасения, она была подо льдом более 80 минут. По общему мнению, клинически она была мертва — ни дыхания, ни пульса. Температура ее тела упала до беспрецедентных 13,7 градуса по Цельсию.
Однако когда врачи постепенно нагревали ее кровь, тело медленно заживало. На следующий день сердце было перезапущено. Через двенадцать дней она открыла глаза. В конечном итоге она полностью восстановилась.
Случай Багенхольм — лишь одна из подсказок к тому, что у людей есть способность восстанавливаться из сильно подавленного метаболического состояния. В течение многих лет врачи применяли лечебную гипотермию, понижая температуру тела на несколько градусов в течение нескольких дней, чтобы помогать пациентам справляться с травмами мозга или эпилепсией в замедленном состоянии.
Быстрое охлаждение помогает сохранить ткани, которые были отрезаны от кровоснабжения, поэтому они требуют меньше кислорода для функционирования. В Китае эксперименты удерживали людей в замороженном состоянии до двух недель.
Обещание терапевтической гипотермии настолько большое, что в 2014 году NASA заключило партнерство с SpaceWorks из Атланты и предоставило предварительное финансирование гибернатору для космических путешествий для миссии на Марс.
Хотя полет в космос длится всего несколько месяцев, помещение астронавтов в неактивное состояние может сильно сократить необходимое количество пищи и размер среды обитания. Погружение в сон может также предотвратить серьезные побочные эффекты от низкой силы тяжести, такие как изменения в токе спинномозговой жидкости, негативно влияющей на зрение. Прямая стимуляция мышц, которую любезно будет осуществлять колыбель гибернации, может предотвратить потерю мышц в условиях нулевой гравитации, а глубокое состояние бессознательности может потенциально свести к минимуму психологические проблемы, такие как скука и одиночество.
Проект перешел во вторую стадию финансирования, но к нему осталось много вопросов. Один из них связан с тем, что длительная гипотермия ужасно сказывается на здоровье: могут появляться сгустки крови, кровотечение, инфекция, печеночная недостаточность. На космическом корабле без сложных медицинских приспособлений эти осложнения могут быть фатальными.
Другая проблема заключается в том, что мы не до конца понимаем, что происходит с животным, когда оно переходит в спячку. Именно это пытались решить на конференции в Новом Орлеане.
Биологическое вдохновение
Доктор Ханна Кэри из Университета Висконсина считает, что возможность погружения людей в спячку нужно искать не в медицине, а в природе.
Кэри изучает привычки гибернации наземной белки, мелкого всеядного грызуна, который бродит по североамериканским прериям. С конца сентября до мая наземная белка зимует в подземных норах, переживая суровые зимы.
«Тот факт, что гибернация возможна в родословной приматов, делает возможными биомедицинские открытия, применимые к людям», говорит она.
Одно из любопытных наблюдений, сделанных Кэри, состоит в том, что низкий уровень метаболизма не длится всю зиму. Периодически спящие животные выходят из состояния оцепенения на полдня, повышая температуру своего тела до нормального уровня. Однако животные все еще не едят и не пьют в течение этих периодов.
«Первоначально спячка считалась продолжением сна, но физиологически она отличается, потому что ваш метаболизм полностью замедляется, хоть и сохраняется», говорит оксфордский нейробиолог доктор Влад Вязовский, выступавший на конференции. «Торпор (оцепенение), этот чрезвычайный метаболический вызов, похоже, что-то делает с мозгом или телом, совмещая сон с восстановлением».
Нейробиологи давно пытаются собрать полный список преимуществ сна. К примеру, исследования показывают, что сон помогает мозгу очистить токсичные отходы в лимфатической системе и позволяет «перезагрузиться» синапсам мозга. Если спячка сама по себе приводит к состоянию недосыпа, может ли периодическое погружение в сон с этим помочь?
Мы пока не знаем. Но Кэри считает, что результаты исследований животных показывают, что в поисках человеческой гибернации изучение биологии природных гибернаторов даст больший результат, чем применение медицинских практик на основе гипотермии, то есть переохлаждения.
Искусственное погружение в сон
В то время как Кэри и Вязовский исследуют, как спячка помогает животным оставаться здоровыми, доктор Маттео Серри из Университета Болоньи в Италии выбрал несколько иной путь: как искусственным путем вызвать оцепенение у животных, которые не прибегают к спячке?
Ответ может скрываться в небольшой группе нейронов в области мозга raphe pallidus. Поскольку метаболизм резко замедляется во время спячки, гормональные и мозговые механизмы, вероятно, запускают этот процесс.
Еще в 2013 году его команда ученых была одной из первых, кто погрузил крыс в состояние спячки. Обычно эти животные не спят зимой. Им вводили химическое вещество в raphe pallidus, чтобы ингибировать активность нейронов. Эти нейроны обычно участвуют в «терморегуляторной защите от холода», говорит Серри, то есть вызывают биологические реакции, противодействующие снижению температуры тела.
Затем крыс помещали в темную, холодную комнату и кормили пищей с высоким содержанием жиров — она, как известно, снижает скорость метаболизма.
Выключение защитных нейронов на шесть часов приводило к резкому падению температуры в мозгах крыс. Их сердечные ритмы и артериальное давление также замедлялись и снижались. В конце концов, рисунок волн мозга стал напоминать рисунок волн животных в состоянии естественной спячки.
Самое интересное было в том, что когда ученые прекратили «лечение», крысы восстановились — уже на следующий день у них не было признаков аномального поведения.
Предыдущие попытки вызвать торпор у животных, которые не впадают в спячку, потерпели неудачу, но в этом исследование было показано, что ингибирование нейронов в raphe pallidus имеет важное значение для индуцирования торпороподобного состояния.
Если эти результаты будут подтверждены на примере более крупных млекопитающих, появится смысл переходить и к погружению в спячку людей. Серри и другие работают над дальнейшим анализом контроля мозга над оцепенением и как взломать его, чтобы погрузить мозг в спячку.
Что дальше?
Погружение человека в состояние спячки, гибернации, анабиоза — называйте это как хотите — еще далеко от реальности. Но результаты исследований постепенно выявляют молекулярные и нейрональные факторы, которые могут в теории обеспечить нам состояние глубокой заморозки.
