Geen film over interstellaire reizen is compleet zonder diepe slaap. "Prometheus", "Passagiers", overal zien we hoe de hoofdpersonen ontwaken in winterslaapcabines, hun kwetsbare fysiologie herstarten vanuit een lange staat van onbeweeglijk fossiel - vaak met de uitbarsting van maagsappen, dat wil zeggen, gewoon braken. Dit brute proces lijkt logisch. Mensen overwinteren immers niet van nature. Maar een kleine groep wetenschappers probeert de natuur te overwinnen en een persoon in een kunstmatige winterslaap te brengen. Als dit lukt, kunnen ze veroudering vertragen, levensbedreigende ziekten genezen en ons naar Mars en verder brengen.
Vorige week kwam een groep experts bijeen in New Orleans om de mogelijkheid te bestuderen om mensen onder te dompelen in "synthetische" winterslaap, of kunstmatige winterslaap. Wetenschappers leren van de natuur en proberen de factoren te begrijpen die leiden tot winterslaap en ontwaken bij dieren.
Het mysterie van winterslaap
Wat is er beter om lange levensonderhoud te overwinnen in omstandigheden van dreigende kou en gebrek aan voedsel dan diep bewusteloos te raken? Het grootste deel van de dierenwereld gaat in winterslaap: beren, eekhoorns, egels. Zelfs onze neven en nichten van primaten, de dikstaartmaki, kelderden hun stofwisseling wanneer de voedselvoorraden slinken.
Hoe zit het met ons? Hoewel we helaas niet overwinteren, suggereren sommige "wonderen" dat metabole diepvriezen kan helpen om onze beschadigde lichamen voor de toekomst te behouden.
In 1999 viel radioloog Anna Bagenholm door het ijs tijdens het skiën in Noorwegen. Tegen de tijd dat ze werd gered, lag ze al meer dan 80 minuten onder het ijs. In alle opzichten was ze klinisch dood - geen adem, geen pols. Haar lichaamstemperatuur zakte tot een ongekende 13,7 graden Celsius.
Toen de doktoren haar bloed geleidelijk opwarmden, genas haar lichaam langzaam. De volgende dag werd het hart opnieuw opgestart. Twaalf dagen later opende ze haar ogen. Ze herstelde uiteindelijk volledig.
Promotie video:
Het geval van Bagenholm is slechts één aanwijzing dat mensen het vermogen hebben om te herstellen van ernstig depressieve metabole toestanden. Jarenlang hebben artsen therapeutische onderkoeling gebruikt, waarbij de lichaamstemperatuur gedurende meerdere dagen met meerdere graden werd verlaagd om patiënten te helpen omgaan met hersenletsel of vertraagde epilepsie.
Snelle afkoeling helpt weefsels te behouden die zijn afgesneden van de bloedtoevoer, zodat ze minder zuurstof nodig hebben om te functioneren. In China hielden experimenten mensen tot twee weken bevroren.
De belofte van therapeutische onderkoeling is zo groot dat NASA in 2014 samenwerkte met SpaceWorks in Atlanta en voorfinanciering verstrekte voor een ruimtevaart overwinteraar voor een missie naar Mars.
Hoewel een vlucht naar de ruimte maar een paar maanden duurt, kan het in inactieve toestand brengen van astronauten de benodigde hoeveelheid voedsel en de omvang van de leefomgeving aanzienlijk verminderen. In slaap vallen kan ook ernstige bijwerkingen door lage zwaartekracht voorkomen, zoals veranderingen in de cerebrospinale vloeistofstroom, die het gezichtsvermogen negatief kunnen beïnvloeden. Directe spierstimulatie, met dank aan de winterslaapwieg, kan spierverlies voorkomen in omstandigheden zonder zwaartekracht, en een diepe staat van bewusteloosheid kan mogelijk psychologische problemen zoals verveling en eenzaamheid minimaliseren.
Het project is de tweede financieringsfase ingegaan, maar er blijven nog veel vragen over. Een daarvan houdt verband met het feit dat langdurige onderkoeling een vreselijk effect heeft op de gezondheid: bloedstolsels, bloeding, infectie en leverfalen kunnen optreden. Op een ruimtevaartuig zonder geavanceerde medische apparatuur kunnen deze complicaties fataal zijn.
Een ander probleem is dat we niet helemaal begrijpen wat er met een dier gebeurt als het in winterslaap gaat. Dit is wat de conferentie in New Orleans probeerde op te lossen.
Biologische inspiratie
Dr. Hannah Carey van de Universiteit van Wisconsin is van mening dat de mogelijkheid van winterslaap van mensen niet in de geneeskunde moet worden gezocht, maar in de natuur.
Carey bestudeert de winterslaapgewoonten van de landeekhoorn, een klein omnivoor knaagdier dat door de Noord-Amerikaanse prairies zwerft. Van eind september tot mei overwintert de grondeekhoorn in ondergrondse holen en overleeft hij strenge winters.
Een van de merkwaardige observaties van Carey is dat lage stofwisselingssnelheden niet de hele winter duren. Af en toe slapende dieren komen een halve dag uit hun slaap, waardoor hun lichaamstemperatuur tot een normaal niveau stijgt. Dieren eten of drinken in deze periodes echter nog steeds niet.
Neurowetenschappers hebben lang geprobeerd een uitgebreide lijst samen te stellen van de voordelen van slaap. Onderzoek toont bijvoorbeeld aan dat slaap de hersenen helpt bij het opruimen van giftige afvalproducten in het lymfestelsel en dat hersensynapsen 'opnieuw opstarten'. Als de winterslaap op zichzelf leidt tot een toestand van slaapgebrek, kan periodiek in slaap vallen hier dan bij helpen?
We weten het nog niet. Maar Carey gelooft dat de resultaten van dierstudies aantonen dat bij het zoeken naar menselijke winterslaap het bestuderen van de biologie van natuurlijke winterslapers meer resultaten zal opleveren dan het toepassen van medische praktijken op basis van onderkoeling, dat wil zeggen onderkoeling.
Kunstmatige slaap
Terwijl Carey en Vyazovsky onderzoeken hoe de winterslaap dieren helpt gezond te blijven, nam Dr. Matteo Serri van de Universiteit van Bologna in Italië een iets andere weg: hoe kun je kunstmatig gevoelloosheid opwekken bij dieren die niet in winterslaap zijn?
Het antwoord kan liggen in een kleine groep neuronen in het raphe pallidus-hersengebied. Omdat het metabolisme dramatisch vertraagt tijdens de winterslaap, zullen hormonale en hersenmechanismen dit proces waarschijnlijk activeren.
In 2013 was zijn team van wetenschappers een van de eersten die ratten in winterslaap bracht. Meestal slapen deze dieren niet in de winter. Ze werden met een chemische stof in raphe pallidus geïnjecteerd om de neuronale activiteit te remmen. Deze neuronen zijn meestal betrokken bij "thermoregulerende bescherming tegen kou", zegt Serry, dat wil zeggen, ze triggeren biologische reacties die de afname van de lichaamstemperatuur tegengaan.
De ratten werden vervolgens in een donkere, koude kamer geplaatst en kregen een dieet met veel vet, waarvan bekend is dat het de stofwisseling vertraagt.
Het uitschakelen van de verdedigingsneuronen gedurende zes uur leidde tot een scherpe temperatuurdaling in de hersenen van de ratten. Hun hartslag en bloeddruk vertraagden ook en daalden. Uiteindelijk begon het patroon van hersengolven te lijken op het patroon van dieren in een natuurlijke winterslaap.
Het meest interessante was dat toen de wetenschappers stopten met de "behandeling", de ratten herstelden - de volgende dag vertoonden ze geen tekenen van abnormaal gedrag.
Eerdere pogingen om torpor te induceren bij dieren die niet overwinteren, zijn mislukt, maar deze studie toonde aan dat remming van neuronen in raphe pallidus essentieel is voor het induceren van een torpor-achtige toestand.
Als deze resultaten worden bevestigd door het voorbeeld van grotere zoogdieren, is het zinvol om bij mensen over te gaan naar winterslaap. Serri en anderen werken aan een verdere analyse van de controle van de hersenen over gevoelloosheid en hoe ze deze kunnen hacken om de hersenen in winterslaap te brengen.
Wat is het volgende?
De onderdompeling van een persoon in een staat van winterslaap, winterslaap, onderbroken animatie - noem het maar wat je wilt - is nog ver verwijderd van de realiteit. Maar onderzoeksresultaten onthullen geleidelijk moleculaire en neuronale factoren die, in theorie, ons een toestand van diepvriezen zouden kunnen geven.
Ilya Khel
