Могут ли люди впадать в спячку?
В холодные тёмные дни возникает соблазн запереться до наступления тепла. Многие животные делают именно это, входя в состояние оцепенения (торпора), которое сводит функции организма к минимуму и использует жировые запасы для энергии. Могли бы люди когда-нибудь впадать в спячку подобным образом?
Помимо удобного способа избежать зимы, одной из причин для исследований может стать развитие дальних космических путешествий. Путешествие к Марсу с использованием современных технологий заняло бы около восьми месяцев. Если мы однажды захотим посетить другую звёздную систему, путь займёт годы даже на скорости света. Возможность впасть в состояние длительного оцепенения сделала бы такие расстояния менее утомительными для астронавтов и сэкономила бы жизненно важные ресурсы.
Как нейробиолог, я вхожу в команду экспертов Европейского космического агентства, которая изучает, возможно ли и как ввести человека в состояние стазиса. Это всё ещё открытый вопрос, но, по крайней мере теоретически, нельзя исключать такую возможность.
Температура тела и метаболизм
Торпор, по-видимому, эволюционировал, чтобы заполнять периоды года, когда некоторым животным нет необходимости быть активными, например, при нехватке пищи. Технически это регулируемое состояние сниженного метаболизма, когда химические реакции в организме, поддерживающие жизнь, замедляются. Частота сердечных сокращений, дыхание и потребление энергии резко снижаются, температура тела также может падать.
Продолжительность и периодичность оцепенения у животных сильно различаются — от многих месяцев в году до нескольких часов в день в течение нескольких месяцев. Некоторые животные, например мыши и колибри, впадают в торпор ежедневно для экономии энергии. Другие, например ежи и медведи, входят в длительные периоды оцепенения, обычно зимой (это и есть спячка). Виды, впадающие в торпор каждый год, даже при стабильных внешних условиях, называются облигатными гибернаторами.
Тот факт, что крупные млекопитающие, такие как медведи, и даже приматы, например толстохвостый лемур с Мадагаскара, могут впадать в спячку, означает, что теоретически люди не слишком велики или энергозатратны для торпора. Наше эволюционное происхождение также не является препятствием, поскольку гибернирующие животные встречаются среди всех типов млекопитающих.
Контролируемая гипотермия и снижение метаболизма уже широко используются в клинической практике, например, при операциях на сердце и для защиты тканей при снижении кровотока (после инсульта). Снижение температуры тела и метаболизма означает, что клеткам нужно меньше кислорода, что позволяет им выживать в условиях, когда доставка кислорода невозможна. Этот процесс искусственного охлаждения у людей кажется похожим на спонтанный торпор у животных, поскольку включает снижение дыхания, частоты сердечных сокращений и метаболизма. Но ключевое отличие в том, что животные, кажется, «знают» безопасный и спонтанный способ войти в торпор. Снижение температуры тела человека путём блокирования естественной терморегуляции требует агрессивного использования лекарств.
Одна из сложностей воспроизведения торпора заключается в том, что мы до конца не понимаем, как животные запускают и поддерживают этот процесс. Много исследований было посвящено этому вопросу, но пока получено мало окончательных ответов. С одной стороны, возможно, что торпор запускается «снизу вверх», начиная с изменений на молекулярном уровне в отдельных клетках тела. Но «сверху вниз» подход, включающий сигналы нервной системы или гормоны, также может играть роль.
Защита мозга
Есть ещё одна ключевая проблема с идеей человеческой гибернации — её потенциальное влияние на мозг. Животные-гибернаторы регулярно выходят из торпора на несколько часов или дней, но часто проводят это время во сне, прежде чем вернуться к спячке. Точно так же животные, выходящие из ежедневного торпора, обычно впадают в глубокий сон.
Это привело некоторых учёных к мысли, что, хотя мы склонны считать спячку похожей на длительный сон, торпор фактически создаёт состояние депривации сна, и животным необходимо регулярно компенсировать это. Мы видим это по тому, как паттерны мозговых волн у животных, выходящих из торпора, похожи на паттерны при лишении сна.
Возможно, это связано с тем, что низкий метаболизм и температура тела при торпоре связаны с активностью в тех областях мозга, которые обычно регулируют сон. Но также возможно, что торпор изменяет мозг таким образом, который мог бы его повредить, если бы не был восстановлен механизмами сна. Мозг чрезвычайно чувствителен к нехватке кислорода, поэтому его необходимо защищать в период снижения кровоснабжения и поступления питательных веществ.
Ещё один способ влияния торпора на мозг — сокращение и реорганизация синаптических связей, лежащих в основе нашей памяти. Исследования на животных, например летучих мышах, показывают, что большинство воспоминаний сохраняются даже после многих месяцев в состоянии почти полной нейрональной депрессии. Но за некоторыми воспоминаниями, кажется, ухаживают лучше, чем за другими, например, за способностью помнить близких родственников. Поэтому, если бы мы захотели вызвать человеческую гибернацию, крайне важно было бы исследовать, как воспоминания сохраняются в течение длительного периода торпора.
Хотя мы до сих пор не уверены, возможна ли безопасная длительная гибернация человека, исследования потенциальных механизмов могут дать новые идеи, необходимые для её реализации. Последние технологические достижения, новые фармакологические и генетические инструменты уже показали большой потенциал для индукции или управления сном. Но чтобы полностью понять, как безопасно вызвать человеческую гибернацию, нам, вероятно, потребуется изучить ключевые нейронные цепи и определить ключевые молекулярные пути, регулирующие наши функции сна.