Žádný film o mezihvězdném cestování není úplný, aniž by upadl do hlubokého spánku. „Prometheus“, „Cestující“, všude vidíme, jak se hlavní postavy probouzejí v hibernačních kabinách a znovu nastartují svou křehkou fyziologii z dlouhého stavu nehybné fosilizace – často s erupcí žaludečních tekutin, tedy prostým zvracením. Zdá se, že tento brutální proces má svůj účel. Koneckonců, lidé se od přírody neukládají k zimnímu spánku. Malá skupina vědců se ale snaží překonat přírodu a uvádět lidi do umělého zimního spánku. Pokud budou úspěšní, mohli by oddálit stárnutí, vyléčit život ohrožující nemoci a dostat nás na Mars a ještě dál.
Prostor je příliš velký na běžné cestování.
Minulý týden se v New Orleans sešla skupina expertů, aby prozkoumala možnost uvedení lidí do „syntetické“ hibernace, tedy umělé hibernace. Vědci se učí od přírody, když se snaží porozumět faktorům, které u zvířat vedou k hibernaci a probuzení.
Co je hibernace
Jaký lepší způsob, jak překonat dlouhé úseky života v podmínkách hrozivé zimy a nedostatku jídla, než se ponořit do hlubokého bezvědomí? Většina zvířecího světa se ukládá k zimnímu spánku: medvědi, veverky, ježci. Dokonce i naši bratranci z primátů, lemuři tlustoocasí, dramaticky snižují rychlost metabolismu, když se zásoby jídla snižují.
Co o nás? I když bohužel neupadáme do hibernace, některé „zázraky“ naznačují, že metabolické hluboké zmrazení může pomoci zachovat naše poškozená těla ve prospěch budoucnosti.
V roce 1999 radioložka Anna Bagenholm propadla ledem při lyžování v Norsku. V době, kdy byla vyproštěna, byla pod ledem více než 80 minut. Podle všeho byla klinicky mrtvá – bez dýchání, bez pulsu. Její tělesná teplota klesla na bezprecedentních 13,7 stupně Celsia.
Jak jí však lékaři postupně zahřívali krev, její tělo se pomalu uzdravovalo. Další den bylo srdce restartováno. O dvanáct dní později otevřela oči. Nakonec se úplně uzdravila.
Bagenholmův případ je jen jedním vodítkem, že lidé mají schopnost zotavit se z vážně potlačeného metabolického stavu. Po celá léta lékaři používali terapeutickou hypotermii, snižující tělesnou teplotu o několik stupňů během několika dní, aby pomohli pacientům vyrovnat se s poraněním mozku nebo s opožděným nástupem epilepsie.
Rychlé ochlazení pomáhá chránit tkáně, které byly odříznuty od zásobování krví, takže potřebují ke svému fungování méně kyslíku. V Číně experimenty udržely lidi zmrazené až dva týdny.
Příslib terapeutické hypotermie je tak velký, že v roce 2014 NASA navázala partnerství se SpaceWorks se sídlem v Atlantě, aby poskytla předběžné financování hibernátoru vesmírných cest pro misi na Mars.
Přestože let do vesmíru trvá jen několik měsíců, umístění astronautů do neaktivního stavu může výrazně snížit množství potřebné potravy a velikost biotopu. Usínání může také zabránit vážným vedlejším účinkům nízké gravitace, jako jsou změny v průtoku mozkomíšního moku, které negativně ovlivňují vidění. Přímá svalová stimulace, s laskavým svolením k hibernační kolébce, může zabránit ztrátě svalů v podmínkách nulové gravitace a hluboký stav bezvědomí může potenciálně minimalizovat psychické problémy, jako je nuda a osamělost.
Projekt vstoupil do druhé fáze financování, ale zůstává mnoho otazníků. Jedním z nich je skutečnost, že dlouhodobá hypotermie má hrozný vliv na zdraví: mohou se objevit krevní sraženiny, krvácení, infekce a selhání jater. Na kosmické lodi bez sofistikovaných lékařských přístrojů mohou být tyto komplikace fatální.
Dalším problémem je, že úplně nerozumíme tomu, co se stane se zvířetem, když upadne do zimního spánku. Právě to se pokusili vyřešit na konferenci v New Orleans.
Biologická inspirace
Doktorka Hannah Carey z University of Wisconsin se domnívá, že možnost hibernace lidí by se neměla hledat v medicíně, ale v přírodě.
Carey studuje hibernační návyky sysla, malého všežravého hlodavce, který se potuluje po severoamerických prériích. Od konce září do května tráví sysli zimu v podzemních norách, kde přežívají kruté zimy.
Takto vypadá rozdíl mezi vesmírnými objekty. Jen si představte vzdálenost mezi nimi.
“Skutečnost, že hibernace je možná v linii primátů, umožňuje biomedicínské objevy, které se vztahují na lidi,” říká.
Jedním ze zajímavých pozorování, které Carey učinil, je, že nízká rychlost metabolismu netrvá po celou zimu. Spící zvířata se pravidelně na půl dne vynořují ze stavu strnulosti a zvyšují svou tělesnou teplotu na normální úroveň. Zvířata však v těchto obdobích stále nejedí ani nepijí.
“Hibernace byla původně považována za prodloužení spánku, ale fyziologicky je to jiné, protože váš metabolismus se zcela zpomalí, i když přetrvává,” říká oxfordský neurolog Dr Vlad Vjazovskij, který na konferenci vystoupil. “Torpor (torpor), tato extrémní metabolická výzva, zdá se, že něco dělá s mozkem nebo tělem a kombinuje spánek s zotavením.”
Neurovědci se již dlouho snaží sestavit ucelený seznam výhod spánku. Výzkum například ukazuje, že spánek pomáhá mozku vyčistit toxický odpad z lymfatického systému a umožňuje obnovení mozkových synapsí. Pokud hibernace sama o sobě vede ke stavu spánkové deprivace, může s tím pomoci pravidelné podřimování?
To ještě nevíme. Ale Carey věří, že výzkum na zvířatech naznačuje, že při hledání lidské hibernace přinese studium biologie přirozených hibernátorů více výsledků než lékařské postupy založené na hypotermii nebo hypotermii.
Umělá indukce spánku
Zatímco Carey a Vjazovskij zkoumají, jak hibernace pomáhá zvířatům zůstat zdravá, Dr. Matteo Scerri z univerzity v Bologni v Itálii se vydal trochu jinou cestou: jak uměle vyvolat strnulost u zvířat, která nehibernují?
Odpověď může spočívat v malé skupině neuronů v oblasti raphe pallidus v mozku. Protože se metabolismus během hibernace dramaticky zpomaluje, hormonální a mozkové mechanismy pravděpodobně spouštějí tento proces.
V roce 2013 byl jeho tým vědců jedním z prvních, kdo uvedl krysy do stavu hibernace. Obvykle tato zvířata v zimě nespí. Do raphe pallidus vstříkli chemikálii, aby inhibovali aktivitu neuronů. Tyto neurony se typicky podílejí na „termoregulační obraně proti chladu,“ říká Scerri, to znamená, že spouštějí biologické reakce, které působí proti poklesu tělesné teploty.
Krysy byly poté umístěny do tmavé chladné místnosti a krmeny stravou s vysokým obsahem tuku, o které bylo známo, že snižuje rychlost jejich metabolismu.
Vypnutí ochranných neuronů na šest hodin vedlo k prudkému poklesu teploty v mozku krys. Jejich srdeční frekvence a krevní tlak se také zpomalily a snížily. Vzorec mozkových vln se nakonec začal podobat vzoru zvířat ve stavu přirozené hibernace.
Člověk musí mít dostatek spánku.
Nejzajímavější na tom bylo, že když vědci zastavili „léčbu“, krysy se zotavily – hned druhý den nevykazovaly žádné známky abnormálního chování.
Předchozí pokusy o navození torpor u zvířat, která nehibernují, selhaly, ale tato studie ukazuje, že inhibice neuronů v raphe pallidus je nezbytná pro navození stavu podobného toporu.
Pokud se tyto výsledky potvrdí u větších savců, bude mít smysl přejít k hibernaci u lidí. Serry a další pracují na další analýze kontroly mozku nad strnulostí a na tom, jak jej hacknout, aby uložil mozek do hibernace.
Ponoření člověka do stavu hibernace, hibernace, pozastavená animace – říkejte si tomu, jak chcete – je ještě daleko od reality. Výsledky výzkumu ale postupně odhalují molekulární a neuronální faktory, které by nám teoreticky mohly zajistit stav hlubokého zmrazení.
Souhlas, bylo by to zajímavé. Řekněte nám v našem chat na telegramu.
Je u nás lidí hibernace možná? Může člověk přejít do hibernace? Tento text je založen na mé prezentaci na TEDx Limassol („Život na hraně“, Limassol, listopad 2022)
Může se člověk dostat do stavu hibernace? Jaký je to pocit hibernovat? Možná je to jako spánek beze snů? Nebo se cítíte chladně, v depresi, bezmoci nebo jako byste umírali? Zůstává vědomí nebo schopnost cítit bolest např. ve stavu hibernace? A zůstaneš po probuzení stejnou osobou?
Hibernace je velmi zvláštní stav, který je těžké pochopit – nejen jako fyziologický stav těla, ale i jako subjektivní stav vědomí.
Za prvé, jedním z hlavních účelů hibernace je úspora energie. Bez energie naše tělo a mozek prostě nemohou fungovat. Jen několik sekund bez kyslíku způsobí ztrátu vědomí a několik minut může vést ke smrti. Snížené metabolické nároky umožňují přežít mnohem déle s minimálním přísunem kyslíku nebo výživy, proto je hibernace v živočišné říši tak rozšířená. Díky úsilí vědců víme hodně o energetickém metabolismu v buňkách našeho těla, o tom, jak mozek řídí tělesnou teplotu nebo jak hormony regulují náš metabolismus. Ale ještě úplně nerozumíme tomu, jak se zvířata rozhodují, kdy a jak vstoupit do tohoto úžasného stavu hibernace.
Když jsem byl postgraduálním studentem na univerzitě v Curychu, naše laboratoř studovala křečky džungarské, velmi zajímavý druh hlodavce, který pravidelně praktikuje to, čemu se říká denní strnulost. Stačilo zkrátit dobu denního světla jen na několik týdnů, aby jejich fyziologie přešla do zimního „režimu“. Křečci změnili barvu ze šedé na bílou a téměř každý den trávili několik hodin jako omámení. Dalo se to zkoumat například měřením jejich tělesné teploty, která klesla téměř na pokojovou teplotu a tep se několikrát snížil. Je zajímavé, že vědci zjistili, že většina zvířat vstupuje do stavu strnulosti prostřednictvím spánku. Zdá se, že k tomu musíte nejprve usnout, jako by spánek „otevřel bránu“ do stavu hibernace.
Avšak hibernace nebo torpor nemohou nahradit spánek. Bylo například pozorováno, že svišti nezůstávají strnulí celou zimu, ale pravidelně, každý týden nebo dva, se asi den zahřívají a kupodivu značnou část těchto „probuzení“ tráví spánkem. Křečci také usnuli pokaždé, když se probudili z neklidu – jako by byli unavení z hibernace, a poté potřebovali odpočinek nebo zotavení!
Nyní přejděme k hlavní otázce – může Homo sapiens stále hibernovat?
Otázka, zda lidé mohou hibernovat, je jednou z mála globálních otázek, která je stále „legitimně“ doménou vědy i science fiction, spolu například s možností teleportace nebo nahrání vědomí do počítače. Jisté je, že pokud bude hibernace u našeho druhu možná, bude mít širokou škálu uplatnění – od vesmírných cest na velké vzdálenosti až po medicínu zde na Zemi.
Musím říct, že zatím není jasné, jak to nakonec bude vypadat. Ve sci-fi filmech jsou lidé ve stavu hibernace obvykle zobrazováni ležící v těchto složitých kapslích, zcela nehybní a zjevně bez vědomí a schopnosti reagovat na podněty. Tento stav se často nazývá „pozastavená animace“ nebo kryospánek. Kryo zahrnuje nízké teploty, často pod bodem mrazu, a ačkoli to zní docela extrémně, ve skutečnosti existují zvířata, která mohou přežít tělesné teploty pod bodem mrazu vody. Je to dáno tím, že mají složité fyziologické mechanismy, které zabraňují tvorbě ledových krystalků v buňkách těla. To však není nutně to, co s námi vědci udělají – nejsme k tomu stvořeni! Myšlenkou hibernace u Homo sapiens je především prostě zpomalit rychlost metabolismu, ideálně bez ochlazení těla!
Další otázkou je, jaký je to pocit být v hibernaci, a zde máme na mysli subjektivní pocit. Není například známo, zda se nám budou zdát sny, zda budeme zažívat nějaké nepohodlí, nebo dokonce vnímat, co se kolem nás děje. Hluboké omezení fyziologických procesů během hibernace přirozeně ovlivní mozek, a proto bude mít významný dopad na smyslové zpracování a chování. Víme, že mozek je během spánku velmi aktivní, i když ne tak aktivní jako během bdění! Ale je úžasné, jak málo víme o tom, co se děje v mozku během hibernace! Mám podezření, že během hibernace člověk zažije nějaký druh změněného stavu vědomí, kdy čas přestane existovat nebo se pohybuje pomaleji.
V jistém smyslu je tato charakteristika hibernace jedním z klíčových bodů, proč se vlastně chceme naučit, jak lidi do tohoto stavu uvést. Představte si cestu na vzdálenou planetu nebo jen dlouhý let do vesmíru. I když pomineme zjevné úvahy, že k udržení astronautů naživu po mnoho měsíců nebo let na kosmické lodi jsou potřeba další zásoby kyslíku, vody a jídla, bude mít psychologický faktor pro úspěch mise velký význam. Být v omezeném prostoru a nemít možnost ani vidět planetu Zemi, natož si uvědomit, že to může být jednosměrná cesta, s největší pravděpodobností nebude snadné. Hibernace poskytne příležitost k odpojení, úniku z drsné reality a zapomnění. Jak pohodlné by bylo, kdyby astronauti mohli zůstat vzhůru, jen když je to nutné! Určitá forma cestování časem.
Mnoho zvířat totiž tímto způsobem využívá hibernaci! Jen si to představte: sezónní „zimní spánci“, jako jsou svišti, možná ani nevědí o existenci zimy, zůstávají ve stavu bezvědomí od jednoho letního období k druhému, možná si ani neuvědomují, že ztratili (nebo spíše získali?) několik měsíců. jejich života.
Je však třeba poznamenat, že nás čeká ještě mnoho výzkumů, abychom vyloučili možnost negativních důsledků hluboké hibernace pro lidské tělo a mozek. Bylo například zjištěno, že během hibernace u zvířat procházejí určité molekuly bílkovin v mozku podobnými změnami, jaké byly pozorovány u pacientů s Alzheimerovou chorobou. Navíc, pokud víme, během hibernace dochází k částečné ztrátě synaptických spojení mezi nervovými buňkami. Obojí se obnoví krátce po probuzení z hibernace, takže jde o naprosto úžasný příklad toho, jak plastické jsou naše mozky! Pokud pochopíme, jak jsou tyto procesy regulovány u zvířat, která pravidelně hibernují, otevře se nám zcela nové perspektivy v léčbě neurodegenerativních onemocnění u lidí.
Jedinou překážkou je, že stále nevíme, jak u lidí vyvolat hibernaci! A je těžké říci, zda jsme při řešení tohoto problému na správné cestě! Vyvolat patologický, umělý stav hypometabolismu, například ochlazením těla, se nezdá být zvláštním problémem. To se již dělá. Ale neměli bychom se snažit přijít na to, jak „dobrovolně“ přezimovat jako ostatní zvířata?
Vezměte si například spánek, další úžasný stav bytí. Všichni jsme odborníci na spánek – koneckonců spíme každou noc! Nepotřebujeme vědět, co je spánek nebo jak usnout, jsme na něj jednoduše naprogramováni a usneme bez potíží. Proč jsme ztratili schopnost hibernace?
Existují případy, kdy lidé přežili podchlazení například na Everestu nebo v ledové vodě a léčebná hypotermie se pravidelně používá při operacích srdce. Existují druhy primátů, které se snadno ukládají k zimnímu spánku, a pokud víme, není u nás nic zvláštního, co by nám v zimním spánku bránilo. Vypadá to, že jsme jen zapomněli, jak to udělat.
Zde je vhodné se opět vrátit k otázce, co je to vlastně za stav – hibernace? Zdá se mi, že bychom měli uvažovat o hibernaci na kontinuu stavů našeho těla z hlediska interakce s vnějším světem. Na jednom konci spektra je aktivní bdělost, kde jste agentem plně ovládajícím své prostředí. Můžete to změnit nebo aktivně hledat příznivější podmínky pro přežití. Tato strategie je spolehlivá, ale energeticky náročná. Druhým extrémem je hibernace, kdy se organismus blíží tepelné rovnováze s prostředím a stává se prakticky jeho součástí. Když k tomu dojde, hibernující zvířata fakticky přestanou existovat jako nezávislí, autonomní jedinci, a to je cena za možnost šetřit energii.
Proč jsme my lidé zvolili první strategii? Možná jsme zapomněli na hibernaci, protože jsme se naučili rozdělávat oheň a stavět teplé domy? Nebo je to proto, že jsme zapomněli interpretovat signály z prostředí, které byly pro naše předky významné a pomáhaly jim spustit hibernační program? Vrátíme-li se ke křečkům, o kterých jsem mluvil dříve, není pozoruhodné, že stačí vnímat, že se dny zkracují, aby úplně změnili svou fyziologii a začali každý den upadat do stavu strnulosti!
Jsem si naprosto jistý, že hibernace mezi sapieny se brzy stane realitou. Existuje mnoho příkladů, kdy autoři sci-fi předpovídají (nebo spíše inspirují!) vynález budoucích technologií dávno předtím, než byly vyvinuty – od rádia, televize nebo počítačů až po samotné cestování vesmírem. Není pochyb o tom, že dříve nebo později naše vědecké chápání hibernace bude k dosažení tohoto cíle stačit, zvláště pokud nám s tím pomohou financující agentury a investoři.
Podle mého názoru není hibernace u lidí něco, čeho bychom se měli snažit dosáhnout jen ze zvědavosti nebo pro krátkodobý zisk. To je něco mnohem víc a logický další krok v naší evoluci. Hibernace je cesta do neznáma a možná i nový a jedinečný zážitek. Jsme my – lidé – připraveni znovu získat jedinečnou schopnost hibernace, kterou mnoho jiných živých organismů prostě vnímá jako řádnou součást své existence?
Pokud uspějeme, získáme mnoho jedinečných výhod. Vědci se nyní například shodují, že když mluvíme o hibernaci, mluvíme nejen o úspoře energie, ale také o přežití klimatických katastrof. To budeme s největší pravděpodobností v budoucnu potřebovat, pokud jde nejen o přírodní, ale i lidmi způsobené krize. Ve stavu sníženého metabolismu potřebujeme méně kyslíku, lépe snášíme záření, dokážeme přežít nízké teploty a nedostatek potravy a pravděpodobně budeme odolnější vůči toxickým látkám.
Co když se hibernace stane jedinou skutečnou strategií přežití lidstva? Doufám, že jednoho dne, v nepříliš vzdálené budoucnosti, bude u Homo sapiens možná hibernace a my si na vlastní kůži vyzkoušíme, jaké to je hibernovat.
