Astronauti v stave hibernácie skrz ultrazvuku

Vedci môžu byť schopní uviesť astronautov na Marse do hibernácie pomocou ultrazvuku, naznačuje štúdia na myšiach.

Vedci pôsobili na mozgy myší a potkanov ultrazvukom, aby ich uviedli do stavu podobného hibernácii, a výskumníci tvrdia, že táto technika by sa jedného dňa mohla použiť na zranených ľuďoch v kritickom stave alebo na astronautov, ktorí sa zúčastňujú na dlhých vesmírnych letoch. Prvá metóda svojho druhu, ktorá funguje tak, že sa ultrazvukom zasiahne oblasť mozgu zodpovedná za riadenie metabolizmu a telesnej teploty, znížila priemernú telesnú teplotu hlodavcov až o 3,5°C a zároveň spomalila ich srdcovú frekvenciu a znížila spotrebu kyslíka. Výsledky štúdie na zvieratách by mohli vedcom poskytnúť určité poznatky o tom, ako by sa stavy podobné hibernácii mohli bezpečne a neinvazívne navodiť u ľudí. Vedci svoje zistenia uverejnili v časopise Nature Metabolism.

„Ak sa táto technológia úspešne demonštruje na ľuďoch, má významný potenciál pre medicínske aplikácie, najmä pri život ohrozujúcich stavoch, ako sú mŕtvica a infarkt,“ povedal pre Live Science hlavný autor štúdie Hong Chen, docent biomedicínskeho inžinierstva na Washingtonskej univerzite v St. „Navodenie stavu podobného torpérovaniu u týchto pacientov by mohlo predĺžiť čas liečby a zvýšiť ich šance na prežitie,“ povedal. Keď je nedostatok potravy alebo príliš chladné počasie, niektoré cicavce, vtáky, hmyz, obojživelníky a ryby si šetria energiu tým, že sa nedobrovoľne dostanú do stavu známeho ako torpor, záhadného a dočasného stavu, ktorý sa vyznačuje drasticky zníženým metabolizmom.

Počas torpidného stavu sa telesná teplota a srdcová frekvencia zvieraťa dramaticky zníži a krv prúdi pomalšie. Počas hibernácie (dobrovoľný akt, na ktorý sa zvieratá vopred pripravujú) sa zvieratá dostávajú do viacerých stavov torpídneho stavu. Spomaľujú srdcovú frekvenciu zo stoviek úderov za minútu na niekoľko úderov za minútu, dýchajú raz za desať minút alebo častejšie a ich mozgová aktivita sa stlmí, až kým nie je nepostrehnuteľná. V skutočnosti sa počas torpídnych období vykonáva tak málo podvedomých funkcií, že mnohé hibernujúce zvieratá sa musia pravidelne prebúdzať, aby sa poriadne vyspali. Hlboké fyziologické zmeny spôsobené torpérom drasticky znižujú energiu, ktorú zvieratá potrebujú na prežitie. Nie je preto asi prekvapujúce, že vedci už dlho túžia zistiť, či by tieto výhody mohli byť poskytnuté ľuďom v kritickom stave alebo ľuďom, ktorí sú viazaní na dlhé a osamelé lety na vzdialené planéty.

Záznamy o potenciálnej lekárskej užitočnosti podchladenia, bežne nebezpečného poklesu telesnej teploty, pochádzajú už zo starovekého Egypta. Počas neúspešnej francúzskej invázie do Ruska v roku 1812 ju pozoroval aj Napoleonov hlavný chirurg barón de Larrey. Lerrey balil končatiny do ľadu pred ich amputáciou a všimol si, že zranení muži zomierali rýchlejšie pri teple ohňa ako v blízkosti chladu. V modernej dobe používajú chirurgovia hypotermické stavy na zvýšenie miery prežitia pacientov počas operácií srdca a mozgu. Otvorenou otázkou však zostáva, či je možné umelo a bezpečne dostať do torpérového stavu aj ľudí, ktorí do neho prirodzene nevstupujú. Aby vedci, ktorí sa podieľali na novej štúdii, preskúmali túto možnosť, vytvorili nositeľnú ultrazvukovú čiapku, ktorú najprv prilepili na hlavy myší.

Po zapnutí zariadenie vysielalo ultrazvukové vlny do časti mozgu hlodavcov nazývanej hypotalamus preoptic area, ktorá je kritickou oblasťou mozgu pre kontrolu telesnej teploty a spánku u mnohých zvierat a aktiváciu hibernácie a torporných stavov u hibernujúcich zvierat. Po vystavení ultrazvukovým výbojom sa myši okamžite dostali do stavu podobného torpore, v ktorom sa ich telesná teplota, srdcová frekvencia a príjem kyslíka drasticky znížili. Myši boli pomalé a jedli podstatne menej potravy. Opakovaním ultrazvukových výbojov zakaždým, keď sa telesná teplota myší zvýšila nad cieľovú úroveň, vedci dokázali udržať myši v týchto torpórnych stavoch až 24 hodín bez toho, aby pozorovali akékoľvek známky zranenia alebo nepohody. Po vypnutí ultrazvukového klobúka sa normálna telesná teplota a úroveň aktivity myší obnovili za menej ako 90 minút. Po zopakovaní svojho experimentu s 12 potkanmi vedci zistili, že zariadenie tiež spôsobilo zníženie telesnej teploty potkanov, hoci o plytší pokles do 2°C.

To znamená, napísali autori štúdie, že klobúk by mohol fungovať aj na cicavcoch, ktoré prirodzene nevstupujú do letargie – vrátane ľudí. „Na určenie bezpečnosti a uskutočniteľnosti tohto prístupu u ľudí je ešte potrebný ďalší výskum,“ povedal Chen. „Mohli by sme si predstaviť astronautov, ktorí by nosili zariadenie podobné prilbe navrhnuté tak, aby sa zameralo na oblasť hypotalamu a vyvolalo stav podobný torporu.“ Predtým, ako by sa ultrazvukové zariadenia vyvolávajúce torpórium mohli používať na získanie času lekárov počas operácií alebo na uvedenie astronautov do akejsi pozastavenej animácie, však zostáva ešte veľa prekážok. Vedci zistili, že ich ultrazvukový klobúk zrejme vyvoláva stav podobný torpóriu stimuláciou určitého iónového kanála – priechodu pre nabité častice – v mozgových bunkách hlodavcov, ale prirodzený torpor pozorovaný v prírode sprevádzajú aj iné zmeny na hormonálnej a molekulárnej úrovni, ktoré nie sú dobre známe.

Účinky dlhodobej hibernácie na mozog sú podobne nejasné, avšak niektoré štúdie poukazujú na možnosť, že spôsobuje stratu pamäti u hibernujúcich zvierat. „Je pozoruhodné, ako málo vieme o vplyve hibernácie, najmä dlhodobej, na funkciu mozgu, synaptické spojenia alebo spomienky,“ povedal pre Live Science Vladyslav Viazovskij, profesor fyziológie spánku na Oxfordskej univerzite, ktorý sa na novej štúdii nepodieľal. „Preto skôr, ako sa pokúsime navodiť hibernáciu u ľudí, musíme sa najprv uistiť, že ich vieme vrátiť „späť“ v neporušenom stave,“ povedal Vyazovskiy. „Kým nebudeme plne rozumieť príčinám aj dôsledkom prirodzenej hibernácie, možnosť torpore u ľudí zostane a mala by zostať v oblasti vedeckej fantastiky.“

Zdroj

Pridaj komentár