Учёные воздействовали ультразвуком на мозг мышей и крыс, чтобы ввести их в состояние, похожее на спячку, при этом они говорят, что однажды этот метод может быть использован на раненых людях, находящихся в реанимации, или на астронавтах, совершающих дальние космические полёты.
Первый в своём роде метод, который работает путём воздействия ультразвуком на область мозга, отвечающую за контроль метаболизма и температуры тела, снизил среднюю температуру тела грызунов до 6,25 градусов по Фаренгейту (3,5 градуса по Цельсию), а также замедлил частоту сердечных сокращений и снизил потребление кислорода.
Результаты исследования на животных могут предоставить учёным некоторые подсказки о том, как состояния, похожие на гибернацию, или оцепенение, могут быть безопасно и неинвазивно вызваны у людей. Полученные результаты исследователи опубликовали в четверг (25 мая) в журнале Nature Metabolism.
«Если эта технология будет успешно продемонстрирована на людях, она будет иметь значительный потенциал для медицинских применений, особенно при опасных для жизни состояниях, таких как инсульт и сердечные приступы, — отметила ведущий автор исследования Хонг Чен (Hong Chen), доцент кафедры биомедицинской инженерии Вашингтонского университета в Сент-Луисе. — Вызов оцепенения у этих пациентов может расширить окно лечения и повысить их шансы на выживание», — сказала она.
Когда пищи мало или погода слишком холодная, некоторые млекопитающие, птицы, насекомые, амфибии и рыбы стараются сохранять свою энергию, непроизвольно впадая в состояние, известное как оцепенение, загадочное и временное состояние, характеризующееся резко сниженным метаболизмом.
Находясь в оцепенелом состоянии, температура тела животного и частота его сердечных сокращений резко падают, а кровь начинает протекать по телу медленнее. Во время же зимней спячки (добровольного акта, подготовленного заранее) животные переживают многочисленные приступы оцепенения. Они замедляют частоту сердечных сокращений с сотен ударов в минуту до нескольких; дышат раз в десять минут или реже; и снижают активность своего мозга до тех пор, пока она не становится незаметной.
На самом деле, в периоды оцепенения выполняется так мало бессознательных функций, что многим находящимся в спячке животным, чтобы нормально выспаться, приходится периодически просыпаться.
Глубокие физиологические изменения оцепенения резко сокращают потребление энергии, необходимой животным для выживания. Возможно, поэтому неудивительно, что учёные давно стремятся выяснить, могут ли эти преимущества быть предоставлены людям, находящимся в критическом состоянии, или будущим людям, которые отправятся в длительные и одинокие перелёты к далёким планетам.
Фактически, записи о потенциальной медицинской пользе гипотермии, обычно опасного снижения температуры тела, датируются ещё древним Египтом. Подобное также наблюдал главный хирург Наполеона барон де Ларрей во время неудачного французского вторжения в Российскую Империю в 1812 году. Ларрей прикладывал лёд к конечностям перед их ампутацией и заметил, что раненые люди быстрее умирали у тепла костра, чем рядом с холодом. В наши же дни хирурги используют гипотермические состояния для увеличения выживаемости пациентов во время операций на сердце и головном мозге.
Но могут ли люди, которые естественным образом не впадают в состояния оцепенения, быть искусственно и безопасно в него погружены, этот вопрос до сих пор остаётся открытым.
Чтобы исследовать эту возможность, учёные, стоящие за новым исследованием, создали носимую ультразвуковую шапку, которую они сначала присоединили к головам мышей. После включения устройство направляло ультразвуковые волны в часть мозга грызунов, называемую преоптической областью гипоталамуса, критическую областью мозга для контроля температуры тела и сна у многих животных, а также активации состояний гибернации и оцепенения у впадающих в спячку животных.
После воздействия ультразвуковых импульсов мыши немедленно впадали в состояние, похожее на оцепенение, в котором температура их тела, частота сердечных сокращений и потребление кислорода резко снижались. Мыши становились вялыми и съедали значительно меньше пищи.
Повторяя ультразвуковые импульсы каждый раз, когда температура тела мышей повышалась выше целевого уровня, учёные смогли удерживать мышей в этих оцепенелых состояниях до 24 часов, не наблюдая никаких признаков травмы или дискомфорта. Когда же ультразвуковая шапочка выключалась, нормальная температура тела и уровень активности мышей восстанавливались менее чем за 90 минут.
Повторив свой эксперимент с 12 крысами, учёные увидели, что устройство вызывало снижение температуры тела и у крыс тоже, хотя у них падение и не было столь впечатляющим — до 3,57 °F (2 °C). Это означает, пишут авторы исследования, что данный специальный головной убор всё ещё может работать на млекопитающих, которые не впадают в оцепенение естественным образом, включая людей.
«Всё ещё необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить безопасность и осуществимость этого подхода на людях, — сказала Чен. — Мы можем себе представить астронавтов, носящих устройство, похожее на шлем, предназначенное для воздействия на область гипоталамуса, чтобы вызвать состояние, подобное оцепенению.»
Тем не менее, предстоит преодолеть ещё много препятствий, прежде чем ультразвуковые устройства, вызывающие оцепенение, можно будет использовать для того, чтобы врачи могли выиграть время в ходе операций или поместить астронавтов в своего рода анабиоз.
Исследователи обнаружили, что их ультразвуковая шляпа, по-видимому, вызывает состояние, похожее на оцепенение, стимулируя определённый ионный канал — проход для заряженных частиц — внутри клеток мозга грызунов, но естественное оцепенение, наблюдаемое в дикой природе, также сопровождается другими изменениями на гормональном и молекулярном уровнях, которые не совсем понятны. Влияние длительной спячки на мозг также неясно, однако некоторые исследования указывают на возможность того, что у впадающих в спячку животных она вызывает потерю памяти.
«Удивительно, как мало мы знаем о влиянии гибернации, особенно продолжительной, на функцию мозга, синаптические связи или память», — сказал Live Science Владислав Вязовский (Vladyslav Vyazovskiy), профессор физиологии сна в Оксфордском университете, который не принимал участия в новом исследовании.
«Поэтому, прежде чем мы попытаемся вызвать спячку у людей, мы сначала должны убедиться в том, что знаем, как вернуть их «назад» в целости и сохранности, — сказал Вязовский. — Пока у нас не будет полного понимания как причин, так и последствий естественной спячки, возможность оцепенения у людей будет и должна оставаться чем-то из области научной фантастики.»
