Анабиоз

Интересные факты

• Арктический суслик в спячке остывает до −2,9 °C и не превращается в лёд. Антифриза в его крови нет, жидкости просто переохлаждены. источник Зимой его сердце бьётся 3–10 раз в минуту, летом — 200–400. 22 дня без пробуждения — рекорд сурка. источник
• Сибирский бурундук в спячке замедляет обмен веществ в 80–100 раз, но, в отличие от суслика, просыпается и ест запасы, которые натаскал в нору осенью. источник У бурундука нашли гормон спячки — комплекс белков, который печень бурундука выделяет летом. К зиме он уходит из крови и копится в жидкости, омывающей мозг. Если этот белок в мозге заблокировать, спячка прерывается. источник Эти внутренние часы тикают, даже если бурундука держать в тепле. Значит, спячку запускает внутренний календарь, а не холод. источник
• Чёрный медведь остывает всего на пять градусов, с 38 до 33 °C, но тратит в четыре раза меньше энергии, чем обычно. источник
• Единственный примат, который умеет впадать в спячку, — толстохвостый карликовый лемур с Мадагаскара. Он спит до семи месяцев в дупле, где днём бывает больше 30 °C. источник

Спячка — это умный режим, а не просто охлаждение

Сердце бьётся медленно, дыхание редкое, всё движется вяло и экономно, печка внутри выключается. Со стороны кажется, что зверёк просто замёрз.

У арктического суслика при входе в спячку сначала падает пульс, и только потом начинает снижаться температура тела. Сердце тормозит не от холода: мозг заранее переключает режим, а тело остывает уже следом. источник

Медведь почти не остывает. Температура тела опускается только до 33 °C, обмен веществ падает до четверти от нормы. Такое слабое охлаждение само по себе замедляет химию тела максимум вдвое, остальное медведь выключает активно. Выйдя из берлоги, он ещё две-три недели живёт на пониженных оборотах. источник

Карликовый лемур спит при +30 °C. После этой работы авторы предложили вообще убрать низкую температуру из определения спячки. Главное в ней — управляемое замедление обмена веществ. источник

Если ты не научился выключать систему аварийного обогрева, которую тело включает при холоде, никакая мягкая фарма тебя не усыпит. Тело будет отчаянно греться и жечь ресурсы.

У этой печки несколько источников топлива:

• Дрожь. Мышцы быстро сокращаются вхолостую и выделяют тепло. Расход энергии и кислорода при этом резко растёт. Именно с этим борются врачи, когда охлаждают пациента.
• Бурый жир. Тело сжигает жир специально ради тепла, без всякой работы мышц.
• Сужение сосудов кожи. Организм перестаёт отдавать тепло наружу и бережёт его для внутренних органов, поэтому на холоде белеют пальцы.
• Выброс норадреналина и адреналина. Учащаются пульс и дыхание.

Управляет всем этим симпатическая нервная система, та же, что запускает реакцию «бей или беги» при испуге. Мозг воспринимает охлаждение как угрозу и включает аварийный режим.

У впадающих в зимнюю спячку животных разница как раз в этом. Мозг заранее снижает значение термостата, поэтому тело не считает холод угрозой, и печка не включается.

Четыре задачи, которые звери уже решили

Животные одновременно решили четыре вопроса, которые для человека являются проблемой при долгой неподвижности тела:

• образование тромбов;
• разрушение мышц и костей;
• иммунитет и воспаление;
• контролируемое пробуждение.

Тромбы

Если человек неделями лежит, кровь в венах ног застаивается и сворачивается. Сгусток может оторваться и закупорить сосуд в лёгких. Бурые медведи лежат по 4–7 месяцев, и ничего.

В 2023 году кардиологи сравнили кровь медведей зимой и летом. Факторы свёртывания почти не менялись. Разница нашлась в тромбоцитах — клетках, которые склеиваются в тромб. Белка HSP47 в них у спящих медведей становилось в 55 раз меньше. Мыши без этого белка в тромбоцитах давали меньше и мельче тромбов. Такой же сдвиг нашли у людей, годами неподвижных после травмы спинного мозга, и у свиноматок, которые почти не встают месяц после родов. Похоже, это общий для млекопитающих предохранитель, и его уже рассматривают как мишень для новых лекарств. источник

Мышцы и кости

В невесомости человек теряет 1,2–1,5% плотности кости бедра в месяц. источник У медведей после зимы кости такие же плотные, как осенью; они не прекращают строить новую костную ткань, пока лежат. источник

Тринадцатиполосым сусликам помогают микробы. Зверь всю зиму не ест, белок взять неоткуда. Мочевина, которая обычно уходит с мочой, переходит из крови в кишечник. Там бактерии разбирают её и возвращают хозяину азот, из которого строятся белки мышц. Сусликам с подавленными микробами этот трюк не удавался. Пик переработки приходится на конец зимы, как раз перед весенним выходом из норы. источник

Иммунитет и воспаление

Через сутки после входа в оцепенение лейкоцитов в крови европейского суслика становится на 90% меньше. Клетки не гибнут, а уходят из кровотока. При пробуждении их число восстанавливается за полтора часа, ещё до того, как тело полностью согрелось. Пока всё стоит, организм не тратит силы на воспаление, но защиту возвращает быстро. источник

Контролируемое пробуждение

Раз в две-три недели суслик прерывает спячку. За несколько часов он разогревается почти от нуля до 37 °C, сутки живёт обычной жизнью и снова остывает. Пульс за это время прыгает с 5 до 400 ударов в минуту. источник

Зачем такие траты, точно не знают, но одна из подсказок — в мозге. В оцепенении нейроны суслика втягивают отростки и теряют часть синапсов. Белок тау обвешивается фосфатными группами почти так же, как при болезни Альцгеймера. После пробуждения тау за несколько часов очищается, а связи отрастают заново. источник источник

Почему у человека не выходит

Мы уже умеем охлаждать человека, это делают в реанимации и на операциях, но не умеем размораживать.

Животные в спячке сначала переключают режим организма, и только потом их тело спокойно остывает. У человека этого переключателя нет.

Когда мы просто понижаем температуру, тело думает, что его убивают; включает дрожь и сжигает энергию, сердце и сосуды начинают вести себя нестабильно, повышается риск аритмий и тромбов. То есть мы охлаждаем, а организм сопротивляется.

Любая попытка усыпить человека глубже упирается в два риска:

• Сердце и сосуды: замедление легко уходит в опасные сбои;
• Пробуждение: выйти из такого состояния без повреждения мозга и систем куда сложнее, чем в него войти.

Дрожь — главный противник врачей, которые охлаждают пациента. Она не даёт добраться до нужной температуры и резко повышает расход кислорода, хотя охлаждение затевали ровно ради его экономии. источник Поэтому врачи хитрят: тело остужают изнутри, а кожу греют тёплым воздушным одеялом. Датчики холода в коже успокаиваются, дрожи становится меньше. Когда в одном исследовании такое одеяло снимали, расход кислорода у пациентов вырастал на 29%. источник

История с охлаждением после остановки сердца показывает, как трудно обмануть организм. В 2002 году небольшие исследования показали: если после реанимации охладить человека до 32–34 °C, мозг восстанавливается лучше. источник Метод разошёлся по больницам мира. В 2021 году его проверили на 1850 пациентах: охлаждение до 33 °C сравнили с обычной температурой и быстрым сбиванием жара. Через полгода умерли 50% и 48% пациентов, разница в пределах случайности. Зато аритмии, опасные для кровообращения, в группе холода случались чаще: у 24% против 17%. источник

Где искать переключатель

Если у зверя спячку включает мозг, может, и у нас в голове есть такая кнопка? В 2020 году журнал Nature напечатал сразу две работы, которые нашли её у грызунов.

Нейробиологи нашли в гипоталамусе небольшую группу нейронов, которые вырабатывают пептид QRFP, и назвали их Q-нейронами. Когда эти клетки включали лекарством или светом, мыши остывали и замедляли обмен веществ больше чем на двое суток. При этом тело продолжало регулировать температуру, только на новом, низком уровне, как у настоящих зимоспящих. После выхода из этого состояния повреждений органов и странностей в поведении не нашли. Сработало и на крысах, которые в природе в оцепенение не впадают вовсе. источник В том же номере группа из Гарварда описала похожие нейроны, найденные другим путём. источник

В 2023 году инженеры из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обошлись без генной инженерии. Они закрепили на голове мыши лёгкий ультразвуковой излучатель и направили его в преоптическую область гипоталамуса, которая управляет температурой тела. Температура и обмен веществ падали, причём чем сильнее звук, тем глубже оцепенение. Автоматика подстраивала мощность, чтобы держать состояние долго и ровно. Ультразвук открывал в нейронах ионный канал TRPM2. Получилось и на крысах. источник

Реанимация — мост между зоологией и фармой

Реанимация и хирургия — мост между зоологией и потенциальной фармой. Задача — выиграть время при смертельной травме.

Медицина идёт не по пути погрузить человека в спячку, а по пути собрать рабочий набор под конкретную задачу:

• отдельно защитить мозг от нехватки кислорода (охлаждение и EPR);
• отдельно снизить риск тромбов (белок HSP47 из медвежьих тромбоцитов уже рассматривают как мишень для лекарств);
• отдельно сохранить мышцы и кости (микробы, которые перерабатывают мочевину, и секреты медвежьих костей);
• удержать температуру так, чтобы не было дрожи и перегрузки (тёплое одеяло на коже и лекарства сегодня, Q-нейроны или ультразвук завтра);
• и при этом гарантировать безопасное возвращение назад (то, что суслик проделывает каждые две недели, а у нас получается хуже всего).

Самый смелый пример называется EPR — экстренная консервация и реанимация. Метод придумали для людей с огнестрельными и ножевыми ранениями, у которых сердце остановилось от потери крови. Обычная реанимация здесь почти бессильна: в сосудах просто не осталось того, что можно качать.

Идея такая. Через трубку в аорте в тело быстро заливают большой объём ледяного солевого раствора и остужают мозг до 10 °C. На холоде мозгу почти не нужен кислород, и хирурги получают время зашить повреждённые сосуды. Потом аппарат искусственного кровообращения медленно согревает пациента и запускает кровоток заново. На крупных животных такой режим давал до двух часов без кровообращения, и мозг восстанавливался нормально. источник

На людях метод пока проверяют на безопасность и выполнимость, обычным лечением он не стал. Испытание идёт по особым правилам: пациент без сознания не может дать согласие, поэтому разрешение готовили годами.

Пауза, собранная по частям

Полёт на Марс

Для Марса нужна уже долгая пауза. Спячка как топливо для дальнего космоса. Если экипаж будет спать во время 180-дневного перелёта, корабль станет легче примерно на треть: меньше еды, воды и кислорода, меньше жилого объёма. Взамен понадобятся капсулы для сна и круглосуточный присмотр за экипажем с помощью ИИ. Лучшей моделью для человека учёные считают медведя: он почти не остывает и сохраняет мышцы и кости. источник