Учените са взривили мозъците на мишки и плъхове с ултразвук, за да ги приведат в състояние, подобно на хибернация, и изследователите казват, че техниката може един ден да се използва върху ранени хора в критично състояние или върху астронавти, предприемащи дълги космически полети.
Първият по рода си метод – който работи чрез изстрелване на ултразвук в област на мозъка, отговорна за контролирането на метаболизма и телесната температура – намали средната телесна температура на гризачите с до 6,25 градуса по Фаренхайт (3,5 градуса по Целзий), като същевременно забавя понижават сърдечната честота и намаляват консумацията на кислород.
Резултатите от изследването върху животни биха могли да дадат на изследователите някои улики за това как състояния, подобни на хибернация или вцепенение, могат да бъдат безопасно и неинвазивно предизвикани при хората. Изследователите публикуваха своите открития в четвъртък (25 май) в списанието Метаболизъм на природата.
„Ако бъде успешно демонстрирана при хора, тази технология има значителен потенциал за медицински приложения, особено при животозастрашаващи състояния като инсулт и инфаркти“, водещият автор на изследването Хонг Чен, доцент по биомедицинско инженерство във Вашингтонския университет в Сейнт Луис, каза пред Live Science. „Предизвикването на подобно на вцепенение състояние при тези пациенти може да удължи прозореца на лечението и да увеличи шансовете им за оцеляване“, каза тя.
Свързани: Ултразвуковото лечение даде тласък на мозъците на 2 души в състояние на кома
Когато храната е оскъдна или времето е твърде студено, някои бозайници, птици, насекоми, земноводни и риби запазват енергията си, като неволно навлизат в състояние, известно като вцепенение, мистериозно и временно състояние, белязано от драстично намален метаболизъм.
Докато е в торпидно състояние, телесната температура и сърдечната честота на животното спадат драстично и кръвта му тече по-бавно. По време на хибернация (доброволно действие, подготвено предварително) животните нанизват множество пристъпи на торпидни състояния. Те забавят сърдечната си честота от стотици удари в минута до една шепа; дишайте веднъж на всеки десет минути или повече; и затъмняват мозъчната им дейност, докато стане неоткриваема.
Всъщност толкова малко несъзнателни функции се извършват по време на периоди на отпадналост, че много зимуващи животни трябва периодично да се събуждат, за да заспят добре.
Дълбоките физиологични промени на Torpor драстично намаляват енергията, необходима на животните, за да оцелеят. Може би не е изненадващо тогава, че учените отдавна се стремят да разберат дали тези ползи могат да бъдат предоставени на хора в критично ранено състояние или на хора, обвързани с дълги и самотни полети до далечни планети.
Всъщност записите за потенциалната медицинска полезност на хипотермията, обикновено опасен спад на телесната температура, датират още от древен Египет. Наблюдавано е и от главния хирург на Наполеон барон дьо Лари по време на неуспешната френска инвазия в Русия през 1812 г. Лери опакова крайниците с лед, преди да ги ампутира, и забеляза, че ранените умират по-бързо от топлината на огъня, отколкото близо до студа. В съвременните времена хирурзите използват хипотермични състояния, за да увеличат процента на преживяемост на пациентите по време на сърдечни и мозъчни операции.
Но дали хората, които естествено не влизат в състояние на вцепенение, могат да бъдат изкуствено и безопасно избутани в тях, остава открит въпрос.
За да проучат тази възможност, учените зад новото изследване създадоха ултразвукова шапка за носене, която първоначално залепиха върху главите на мишки. След като бъде включено, устройството излъчва ултразвукови вълни в част от мозъците на гризачите, наречена преоптична област на хипоталамуса, критичен мозъчен регион за контролиране на телесната температура и съня при много животни и активирането на хибернация и състояния на вцепенение при хиберниращи животни.
След като бяха изложени на ултразвукови изблици, мишките незабавно навлязоха в състояние, подобно на вцепенение, при което телесната им температура, сърдечната честота и приемът на кислород драстично спаднаха. Мишките стават мудни и ядат значително по-малко храна.
Чрез повтаряне на ултразвуковите изблици всеки път, когато телесната температура на мишките се повиши над целевото ниво, учените успяха да държат мишките в тези подобни на вцепенение състояния до 24 часа, без да наблюдават никакви признаци на нараняване или дискомфорт. Когато ултразвуковата шапка беше изключена, нормалните телесни температури и нива на активност на мишките се възстановиха за по-малко от 90 минути.
След като повториха експеримента си с 12 плъха, учените видяха, че устройството също така причинява намаляване на телесната температура на плъховете, макар и с по-плитък спад до 3,57 F (2 C). Това означава, пишат авторите на изследването, че шапката все още може да работи върху бозайници, които не са естествено вцепенени – включително хора.
„Все още са необходими допълнителни изследвания, за да се определи безопасността и осъществимостта на този подход при хората“, каза Чен. „Можем да си представим астронавти, носещи подобно на каска устройство, предназначено да се насочи към областта на хипоталамуса, за да предизвика състояние, подобно на вцепенение.“
Остават обаче много препятствия, преди ултразвуковите устройства, предизвикващи вцепенение, да могат да се използват, за да се печели време на лекарите по време на операции или да се поставят астронавтите в един вид спряна анимация.
Изследователите откриха, че ултразвуковата им шапка изглежда предизвиква състояние, подобно на вцепенение, като стимулира определен йонен канал – проход за заредени частици – в мозъчните клетки на гризачи, но естественото вцепенение, наблюдавано в дивата природа, е придружено и от други хормонални промени и молекулярни нива, които не са добре разбрани. Ефектите на дългосрочната хибернация върху мозъка са също така неясни, но някои проучвания повдигат възможността тя да причини загуба на памет при зимуващи животни.
„Забележително е колко малко знаем за ефектите от хибернацията, особено продължителната, върху мозъчната функция, синаптичните връзки или спомените“, каза Владислав Вязовски, професор по физиология на съня в Оксфордския университет, който не е участвал в новото проучване, пред Live Science .
„Следователно, преди да се опитаме да предизвикаме хибернация у хората, първо трябва да сме сигурни, че знаем как да ги върнем „назад“ непокътнати“, каза Вязовски. „Докато не разберем напълно причините и последствията от естествения зимен сън, възможността за вцепенение при хората ще остане и трябва да остане в областта на научната фантастика.“