Ludzie będą zapadać w sen zimowy? Woody Allen w filmie "Śpioch" zostaje poddany drobnemu zabiegowi chirurgicznemu, ale ponieważ operacja się nie udaje, lekarze postanawiają poddać go hibernacji, by mógł doczekać momentu, w którym medycyna będzie mogła go uratować. Dzięki odkryciu amerykańskich uczonych ten fantastyczny scenariusz wkrótce stanie się rutynową metodą leczniczą. - Wbrew temu, co dotychczas sądzono, zdolność do hibernacji mają wszystkie ssaki, także człowiek. W szczególnych warunkach tempo metabolizmu może się bardzo obniżyć, co chroni przed chorobami i starzeniem się - powiedział w rozmowie z "Wprost" prof. Mark Roth z Fred Hutchinson Cancer Research Center. Amerykański uczony pierwszy wprowadził w stan zbliżony do hibernacji myszy.
Zwierzęta zapadające w sen zimowy potrafią przejść na jałowy bieg, drastycznie ograniczając zużycie tlenu i substancji pokarmowych. Niektóre śpią dość płytko - na przykład niedźwiedzie, które dzięki ogromnym zapasom tłuszczu obniżają temperaturę ciała tylko do 30 stopni Celsjusza i w tym czasie potrafią urodzić młode. Mniejsze organizmy nie mają tak dużych rezerw energii, dlatego spowalniają swój metabolizm niemal do zera. Podobny do świstaka świszcz wychładza ciało do 8 C, a uznawana za rekordzistkę w tej dziedzinie wiewiórka ziemna potrafi zbliżyć się do granicy zamarzania wody! Hibernacja występuje także u naszych najbliższych biologicznych krewnych, czyli ssaków naczelnych - przykładem może być żyjący na Madagaskarze lemurek gruboogoniasty, który w sen "zimowy" zapada w porze suchej, kiedy brakuje pokarmu.
Człowiek również ma ukrytą, nie wykorzystywaną zdolność do hibernacji. Dowodzą tego pozornie cudowne przypadki przeżycia silnego wychłodzenia organizmu. Dotyczą one przede wszystkim małych dzieci, takich jak trzynastomiesięczna Erika Nordby z Kanady, która zimą wymknęła się z domu tylko w pieluszce i koszulce. Na zewnątrz panował mróz sięgający 20 C poniżej zera. Gdy dziewczynkę odnaleziono, była w stanie śmierci klinicznej - temperatura jej ciała spadła do 14 C, lekarze nie wyczuwali pulsu ani oddechu. Po dwugodzinnej reanimacji udało się przywrócić akcję serca. Lekarze byli zaskoczeni, ponieważ w ciągu pięciu tygodni Erika wróciła do zdrowia i nie miała żadnych objawów uszkodzenia narządów wewnętrznych.
Siarkowodór w głowie
Badacze długo nie mogli rozszyfrować mechanizmu sterującego hibernacją. Podejrzewano, że w grę wchodzą substancje wydzielane w mózgu, takie jak peptyd DADLE, o właściwościach zbliżonych do opium. Eksperymenty wykazały, że jest on w stanie tymczasowo "uśpić" komórki nerwowe, zmniejszając ich zapotrzebowanie na energię. "To obiecujący lek neurologiczny, który może być stosowany przez chorych po przebytym udarze mózgu albo zapobiegać chorobie Alzheimera" - mówi dr Cesario Borlongan z Medical College of Georgia. Trudno było jednak wytłumaczyć, w jaki sposób wytwarzany w mózgu peptyd mógłby oddziaływać na komórki całego ciała.
W tej roli doskonale sprawdził się natomiast siarkowodór (H2S), jeden z trzech gazów produkowanych przez nasz organizm i wywierających wpływ na jego funkcjonowanie (pozostałe dwa to rozluźniający naczynia krwionośne tlenek azotu oraz tlenek węgla, czyli czad). Siarkowodór jest produkowany m.in. w wątrobie, sercu i mózgu. Jego biologiczne znaczenie jest znane od niedawna, ponieważ wcześniej naukowcy koncentrowali się przede wszystkim na toksycznych właściwościach siarkowodoru. Już w 1713 r. włoski lekarz Bernardino Ramazzini pisał, że gaz wydostający się z toalet i dołów kloacznych wywołuje bolesne podrażnienie oczu, czasem kończące się ślepotą. Potem naukowcy opisali, w jaki sposób siarkowodór prowadzi do uszkodzenia błon śluzowych, układu pokarmowego, mózgu, a w większych stężeniach - do śmierci.
- Siarkowodór jest konkurentem dla tlenu, działającym tylko na poziomie komórki. W niewielkich ilościach spowalnia tempo jej metabolizmu, blokując enzymy odpowiedzialne za oddychanie wewnątrzkomórkowe - tłumaczy prof. Roth. Jego działanie można więc porównać do kontrolowanego podduszania, w odpowiedzi na które organizm włącza program przetrwania i wchodzi w stan hibernacji.
W czasie eksperymentów myszy oddychające powietrzem z domieszką siarkowodoru już po kilku minutach popadały w odrętwienie, a temperatura ich ciał spadała do 11 C. W takim stanie mogły bez uszczerbku na zdrowiu przebywać nawet sześć godzin, a potem po odetchnięciu świeżym powietrzem wybudzały się z hibernacji bez skutków ubocznych. Wcześ-niej uczeni w podobny sposób "zamrozili" i ożywili drożdże, robaki i ryby.
Kosmiczna pobudka
Dotychczas stosowane metody spowalniania metabolizmu były ryzykowne i wymagały skomplikowanych zabiegów, takich jak zamrażanie w ciekłym azocie czy transfuzje z preparatów krwiozastępczych odpornych na niskie temperatury. Metoda prof. Rotha jest prosta, nieinwazyjna i tania. Uczony nie kryje, że będzie chciał testować ją z udziałem ludzi, którzy mogliby wdychać precyzyjnie dawkowany siarkowodór, podobnie jak dziś otrzymują znieczulenie przed operacjami.
Obniżenie zapotrzebowania na tlen pozwoliłoby lekarzom zyskać bezcenny czas na uratowanie życia pacjenta, który znajduje się w ciężkim stanie po wypadku, zawale czy udarze. Hibernacja może też być doskonałym sposobem na zwalczanie wysokiej gorączki o nieznanej przyczynie, która może doprowadzić do groźnych dla życia drgawek i uszkodzeń mózgu.
W przyszłości aparatura hibernacyjna zapewne znajdzie się w każdej karetce pogotowia czy szpitalu polowym. - Hibernacja pozwoli na przechowywanie narządów pobranych do przeszczepu przez kilka dni, podczas gdy dziś udaje się to robić najwyżej przez 36 godzin - mówi prof. Roth. Jego odkrycie może też usprawnić leczenie nowotworów za pomocą radioterapii, zwiększając odporność zdrowych tkanek na szkodliwe działanie promieniowania stosowanego do niszczenia komórek rakowych. Chirurdzy będą mogli dłużej operować pacjentów, zwłaszcza jeśli zabieg będzie wymagał czasowego zatrzymania krążenia krwi.
Sterowanie metabolizmem daje również możliwość zahamowania starzenia się organizmu, oczywiście kosztem jego aktywności. Zdaniem uczonych, jest to jednak jedyna metoda, dzięki której ludzkość mogłaby zacząć podbój kosmosu. Europejska Agencja Kosmiczna od kilku lat prowadzi prace nad hibernacją. Korzyści są oczywiste - zahibernowana osoba zużywa mało tlenu i pokarmu, co pozwala zaoszczędzić na wielkości statku kosmicznego (na wyniesienie na orbitę kilograma ładunku trzeba wyłożyć aż 10 tys. dolarów). Astronautów wystarczyłoby wprowadzić w sen zimowy jedynie na pewien czas. Podobnie robią zwierzęta. Wiewiórki ziemne co kilka dni, kosztem sporego wydatku energii, budzą się ze snu zimowego na 12-16 godzin. Muszą to robić, żeby uaktywnić układ odpornościowy i sprawdzić, czy nie zostały zaatakowane przez chorobotwórcze mikroby czy pasożyty, które mogą się mnożyć także w niskich temperaturach. Prawdopodobnie takie pobudki będą też potrzebne astronautom, którzy za kilkanaście lat polecą na podbój Marsa, Jowisza czy Saturna.
Człowiek również ma ukrytą, nie wykorzystywaną zdolność do hibernacji. Dowodzą tego pozornie cudowne przypadki przeżycia silnego wychłodzenia organizmu. Dotyczą one przede wszystkim małych dzieci, takich jak trzynastomiesięczna Erika Nordby z Kanady, która zimą wymknęła się z domu tylko w pieluszce i koszulce. Na zewnątrz panował mróz sięgający 20 C poniżej zera. Gdy dziewczynkę odnaleziono, była w stanie śmierci klinicznej - temperatura jej ciała spadła do 14 C, lekarze nie wyczuwali pulsu ani oddechu. Po dwugodzinnej reanimacji udało się przywrócić akcję serca. Lekarze byli zaskoczeni, ponieważ w ciągu pięciu tygodni Erika wróciła do zdrowia i nie miała żadnych objawów uszkodzenia narządów wewnętrznych.
Siarkowodór w głowie
Badacze długo nie mogli rozszyfrować mechanizmu sterującego hibernacją. Podejrzewano, że w grę wchodzą substancje wydzielane w mózgu, takie jak peptyd DADLE, o właściwościach zbliżonych do opium. Eksperymenty wykazały, że jest on w stanie tymczasowo "uśpić" komórki nerwowe, zmniejszając ich zapotrzebowanie na energię. "To obiecujący lek neurologiczny, który może być stosowany przez chorych po przebytym udarze mózgu albo zapobiegać chorobie Alzheimera" - mówi dr Cesario Borlongan z Medical College of Georgia. Trudno było jednak wytłumaczyć, w jaki sposób wytwarzany w mózgu peptyd mógłby oddziaływać na komórki całego ciała.
W tej roli doskonale sprawdził się natomiast siarkowodór (H2S), jeden z trzech gazów produkowanych przez nasz organizm i wywierających wpływ na jego funkcjonowanie (pozostałe dwa to rozluźniający naczynia krwionośne tlenek azotu oraz tlenek węgla, czyli czad). Siarkowodór jest produkowany m.in. w wątrobie, sercu i mózgu. Jego biologiczne znaczenie jest znane od niedawna, ponieważ wcześniej naukowcy koncentrowali się przede wszystkim na toksycznych właściwościach siarkowodoru. Już w 1713 r. włoski lekarz Bernardino Ramazzini pisał, że gaz wydostający się z toalet i dołów kloacznych wywołuje bolesne podrażnienie oczu, czasem kończące się ślepotą. Potem naukowcy opisali, w jaki sposób siarkowodór prowadzi do uszkodzenia błon śluzowych, układu pokarmowego, mózgu, a w większych stężeniach - do śmierci.
- Siarkowodór jest konkurentem dla tlenu, działającym tylko na poziomie komórki. W niewielkich ilościach spowalnia tempo jej metabolizmu, blokując enzymy odpowiedzialne za oddychanie wewnątrzkomórkowe - tłumaczy prof. Roth. Jego działanie można więc porównać do kontrolowanego podduszania, w odpowiedzi na które organizm włącza program przetrwania i wchodzi w stan hibernacji.
W czasie eksperymentów myszy oddychające powietrzem z domieszką siarkowodoru już po kilku minutach popadały w odrętwienie, a temperatura ich ciał spadała do 11 C. W takim stanie mogły bez uszczerbku na zdrowiu przebywać nawet sześć godzin, a potem po odetchnięciu świeżym powietrzem wybudzały się z hibernacji bez skutków ubocznych. Wcześ-niej uczeni w podobny sposób "zamrozili" i ożywili drożdże, robaki i ryby.
Kosmiczna pobudka
Dotychczas stosowane metody spowalniania metabolizmu były ryzykowne i wymagały skomplikowanych zabiegów, takich jak zamrażanie w ciekłym azocie czy transfuzje z preparatów krwiozastępczych odpornych na niskie temperatury. Metoda prof. Rotha jest prosta, nieinwazyjna i tania. Uczony nie kryje, że będzie chciał testować ją z udziałem ludzi, którzy mogliby wdychać precyzyjnie dawkowany siarkowodór, podobnie jak dziś otrzymują znieczulenie przed operacjami.
Obniżenie zapotrzebowania na tlen pozwoliłoby lekarzom zyskać bezcenny czas na uratowanie życia pacjenta, który znajduje się w ciężkim stanie po wypadku, zawale czy udarze. Hibernacja może też być doskonałym sposobem na zwalczanie wysokiej gorączki o nieznanej przyczynie, która może doprowadzić do groźnych dla życia drgawek i uszkodzeń mózgu.
W przyszłości aparatura hibernacyjna zapewne znajdzie się w każdej karetce pogotowia czy szpitalu polowym. - Hibernacja pozwoli na przechowywanie narządów pobranych do przeszczepu przez kilka dni, podczas gdy dziś udaje się to robić najwyżej przez 36 godzin - mówi prof. Roth. Jego odkrycie może też usprawnić leczenie nowotworów za pomocą radioterapii, zwiększając odporność zdrowych tkanek na szkodliwe działanie promieniowania stosowanego do niszczenia komórek rakowych. Chirurdzy będą mogli dłużej operować pacjentów, zwłaszcza jeśli zabieg będzie wymagał czasowego zatrzymania krążenia krwi.
Sterowanie metabolizmem daje również możliwość zahamowania starzenia się organizmu, oczywiście kosztem jego aktywności. Zdaniem uczonych, jest to jednak jedyna metoda, dzięki której ludzkość mogłaby zacząć podbój kosmosu. Europejska Agencja Kosmiczna od kilku lat prowadzi prace nad hibernacją. Korzyści są oczywiste - zahibernowana osoba zużywa mało tlenu i pokarmu, co pozwala zaoszczędzić na wielkości statku kosmicznego (na wyniesienie na orbitę kilograma ładunku trzeba wyłożyć aż 10 tys. dolarów). Astronautów wystarczyłoby wprowadzić w sen zimowy jedynie na pewien czas. Podobnie robią zwierzęta. Wiewiórki ziemne co kilka dni, kosztem sporego wydatku energii, budzą się ze snu zimowego na 12-16 godzin. Muszą to robić, żeby uaktywnić układ odpornościowy i sprawdzić, czy nie zostały zaatakowane przez chorobotwórcze mikroby czy pasożyty, które mogą się mnożyć także w niskich temperaturach. Prawdopodobnie takie pobudki będą też potrzebne astronautom, którzy za kilkanaście lat polecą na podbój Marsa, Jowisza czy Saturna.
Więcej możesz przeczytać w 18/2005 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
