Концепция гибернации, десятилетиями разрабатывавшаяся писателями-фантастами, в настоящее время серьезно изучается учеными. Погружение человеческого тела при низкой температуре для индуцирования биостаза или гибернации может быть использовано в различных областях, таких как медицина или исследование космоса. Хотя процесс уже технически осуществим, некоторые препятствия все еще стоят на пути простой, стабильной и безопасной реализации.
Суть гибернации, по словам Келли Дрю, заключается в регулировании температуры тела. Падение внутренней температуры тела вызывает состояние «оцепенения» с низким метаболизмом, при котором животные почти не нуждаются в пище.
Большинство калорий, которые мы сжигаем (справедливо для теплокровных животных), служат для поддержания температуры нашего тела, нашего основного обмена веществ. Белки, например, сворачиваются в маленькие шарики и падают с 37,3°C до 27°C. Это снижает их основной уровень метаболизма примерно на 99%.
Даже карликовые лемуры могут снизить свою потребность в калориях до 2%, понизив температуру. К сожалению, люди, кажется, имеют упрямо фиксированную точку: 37°C. Помимо крошечных ежедневных колебаний, таких как ночные провалы, совпадающие со сном, наша температура меняется только во время определенных событий - лихорадки или гипотермии. Всего несколько градусов могут означать разницу между хорошим здоровьем и неминуемой смертью.
Искусственная гипотермия: процесс «гибернации», уже используемый в медицине
Долгое время считалось, что эта точка неизменна, но, возможно, это не так. Несмотря на то, что люди обычно не впадают в оцепенение сами по себе - и наши тела обычно предотвращают это, трясясь, Дрю объясняет, что не существует «молекулы гибернации» или органа, которого не хватает людям. На самом деле оцепенение может вызвать врач в экстремальных обстоятельствах.
Хирурги, например, используют гипотермию во время процедур, когда сердце должно быть остановлено на длительный период времени, что позволяет мозгу и другим органам выживать дольше. Охлаждение применяют также в экстренных случаях после остановки сердца. Считается, что укрытие пациентов, находящихся под действием седативных средств, одеялами, в которых циркулирует прохладная вода, имеет тот же эффект, что и прикладывание пакета со льдом к вывихнутой лодыжке, уменьшая воспалительный процесс и сводя к минимуму долговременное повреждение сердца и центральной нервной системы.
Охлаждение в настоящее время широко практикуется в больницах, и некоторые врачи пришли к выводу, что этот принцип можно развить дальше - по сути, поддерживать жизнь людей после их смерти. В Университете Мэриленда хирург Сэмюэл Тишерман изучает то, что он называет «экстренной консервацией и реанимацией», или ЭПР, экспериментальный протокол, в котором врачи быстро охлаждают пострадавших с травмами, чьи сердца перестают биться.
Позвольте телу выжить дольше
Это может сэкономить время для экстренной операции. Прямо сейчас, в случае тяжелой травмы, пациент может жить всего несколько минут - этого недостаточно, чтобы добраться до операционного стола.
Например, Тишерман описывает человека с пулевым ранением в аорту, у которого очень быстрое внутреннее кровотечение. Если сердце этого человека остановится, команда Тишермана хирургическим путем вскроет грудную клетку и помассирует сердце, чтобы оно продолжало работать, пока они пытаются восстановить аорту.
Это занимает всего несколько минут, но когда пациент теряет слишком много крови, все кончено. Лишенный кислорода мозг умирает в течение нескольких минут. Охлаждение может продлить это критическое окно. Даже с остановленным сердцем мозг может прожить около двух часов при достаточно низкой температуре. Вызов оцепенения в таких обстоятельствах означал бы, что охлаждение должно происходить очень быстро, что требует одновременной работы группы анестезиологов, хирургов и кардиологов без предварительного уведомления.
Но есть наука. «Эти травмы технически излечимы, - объясняет Тишерман. «Пределы скорее логистические, чем физиологические». Это поднимает вопрос о других способах изменения этой физиологии, терапевтически или иным образом. Если бы смертельно раненый человек мог остаться в живых, можно ли было бы использовать температуру для замедления метаболических процессов в менее экстремальных сценариях? Как долго человек может «спать» в добром здравии?
Биостаз: выиграть время, чтобы спасти жизни
Биостаз, или «подвешенная анимация», - это метод, похожий на гибернацию, который, по мнению исследователей и врачей, в будущем может помочь спасти множество жизней. Действительно, в настоящее время уже существуют короткие или частичные техники, обладающие почти автоматической и естественной обратимостью, такие как упомянутые выше.
Но недавно ученые сделали еще один шаг в этой области: они впервые поместили людей в биостаз во время испытаний, проведенных в Соединенных Штатах и направленных на восстановление травматических повреждений. травмы, которые в противном случае могли бы привести к смерти.
Биостаз включает в себя быстрое охлаждение человека примерно до 10-15°C путем замены всей его крови очень холодным физиологическим раствором. При этом мозговая деятельность пациента практически полностью прекращается. Затем его отключают от системы охлаждения, и тело (которое в противном случае было бы классифицировано как мертвое) переносят в операционную. С этого момента у хирургической бригады есть около 2 часов, чтобы восстановить раны человека, прежде чем он снова согреется, и его сердце перезапустится.
Первые испытания биостаза на людях: мы отвечаем на ваши вопросы
Hybernation: решение для пилотируемых космических полетов
НАСА серьезно относится к этому вопросу. Начиная с 2014 года агентство финансировало исследования долгосрочной гибернации как способа облегчить космические путешествия. Отправление на Марс, например, ограничено упорной потребностью астронавтов в еде и движении. Но если бы их метаболические процессы можно было замедлить почти до нуля, теоретически они могли бы путешествовать гораздо дальше.
«Очевидным преимуществом является то, что вам нужно меньше еды», - говорит Джон Брэдфорд, аэрокосмический инженер, который работал с агентством над разработкой протокола для человека в спячке. Один член экипажа оставался в сознании, а остальные впадали в спячку на две недели. Их можно хранить в небольших контейнерах, что сводит к минимуму количество места на корабле.
Хотя его протокол еще не был протестирован, Брэдфорд настроен оптимистично. Однако риск медицинских осложнений не равен нулю. Поскольку наши тела не хранят запасы пищи, астронавтов пришлось бы кормить через трубку (вставленную хирургическим путем путем просверливания отверстия в передней части живота, в желудке). Брэдфорд говорит, что самой большой проблемой было бы снизить температуру людей, не заставляя их дрожать и сжигать энергию.
По той же теме: Первые испытания биостаза на людях (между гибернацией и крионикой): отвечаем на ваши вопросы
В поисках лекарства для безопасного снижения температуры
В больницах озноб преодолевают с помощью седативных препаратов, но команда Брэдфорда опасается давать группе астронавтов сильные седативные препараты на недели или месяцы. Что нам действительно нужно, так это лекарство, которое могло бы безопасно снизить внутреннюю температуру человека, вызывая оцепенение, подобное тому, которым наслаждаются многие другие виды.
Брэдфорд и Тишерман оба отмечают, что этот тип препарата может стать потенциальным прорывом - способом устранения наиболее очевидных ограничивающих факторов в их работе. У Дрю есть лекарство, которое, по ее мнению, может сделать именно это. Она описывает свою функцию как «способность понизить наш термостат». Он надежно работает на крысах, которых он использовал в качестве экспериментальной модели, и Дрю ведет переговоры с Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США об испытаниях на людях.
Лечение воспалительных процессов и бессонницы
В 2019 году Национальные институты здравоохранения профинансировали его работу за счет гранта в размере 11,8 млн долларов, что позволяет предположить, что привлекательность этих методов лечения для людей не ограничивается теми, кто технически умер или находится на пути к Марсу. По словам Дрю, охлаждение может сыграть роль в лечении многих воспалительных заболеваний. Ее также интересует роль терморегуляции при бессоннице.
В некоторых случаях расстройство, по-видимому, связано с нарушением стандартного циклического снижения температуры человеческого тела каждый вечер, поэтому препараты, модулирующие температуру, могут помочь вызвать сон. Между тем, другие исследователи изучают, как влияют на метаболические пути, зависящие от температуры, при ожирении и диабете, и могут ли они быть сброшены.
Спящий режим у людей: препятствия сохраняются
Помимо вопроса о тепловом пределе мозга, существуют анатомические барьеры для человека. Например, Дрю говорит, что его крысы могут впадать в спячку только около двух недель, прежде чем у них разовьется сепсис, по-видимому, из-за разрыва стенки кишечника. У многих зимующих животных есть органы, анатомически пригодные для занятий, в отличие от наших.
Черные медведи имеют более человеческие органы, и они поддерживают спячку, циклически меняя различные температуры тела, вместо того, чтобы падать в течение нескольких месяцев подряд. Для спячки человека, вероятно, потребуется аналогичный цикл, который будет более сложным, чем простое отключение термостата тела таблеткой.