Приостановка жизнедеятельности при космических полетах может быть вызвана ультразвуком

“Приостановленная жизнедеятельность” (анабиоз) позволила создать больше сюжетов научно-фантастических фильмов и романов, чем искусственная гравитация, лазерные пушки и планеты с атмосферой, подобной земной, вместе взятые.

Впервые он был вдохновлен оцепенением, которое является правильным названием состояния с низким содержанием тепла и энергии, в которое впадают животные, впадающие в спячку, и эксперименты, проверяющие способы достижения этого у людей, начались в 1960-х годах в надежде на жизнь, имитирующую как природу, так и искусство, что позволит астронавтам путешествовать в течение длительных периодов времени с небольшим количеством пищи или кислорода и минимальный уход.

В то время как результатом этих экспериментов стали некоторые техники, которые сейчас используются в хирургических процедурах, и более совершенные методы оживления людей, оказавшихся в ловушке при низких температурах в течение длительного времени, истинная анабиозная анимация – когда человек долгое время кажется мертвым или близким к смерти, прежде чем вернуться к здоровому состоянию – оставалась недостижимой.

Это может измениться после того, как ученые из Вашингтонского университета в Сент–Луисе опробовали новый метод наведения оцепенения – ультразвук – и смогли добиться этого у млекопитающих, которые не впадают в спячку. Является ли это ключом к безопасной отправке людей на Марс и за его пределы?

“В случае успешной демонстрации на людях эта технология обладает значительным потенциалом для медицинского применения, особенно при опасных для жизни состояниях, таких как инсульт и сердечные приступы. Введение этих пациентов в состояние, похожее на оцепенение, может продлить период лечения и повысить их шансы на выживание”.

Хонг Чен, доцент кафедры биомедицинской инженерии Вашингтонского университета и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале, знает, что отделениям неотложной помощи нужно что-то, что может вызвать состояние оцепенения почти мгновенно, поэтому общественное внимание в этом исследовании сосредоточено на медицинских приложениях.

Однако в исследовании отмечается, что безопасный, неинвазивный способ вызвать его у людей был бы полезен и для космических путешествий. В команду Чена входил Яохэн (Мак) Ян, научный сотрудник постдокторской степени, и они начали с поиска новых способов ввести млекопитающих в состояние оцепенения, независимо от того, находятся ли они в естественной спячке или нет. Их подопытными были мыши, которые впадают в оцепенение естественным путем, и крысы, которые этого не делают.

Долгое время считалось, что спячка регулируется внутренними веществами в крови, поэтому ученые искали эквивалентные человеческим вещества, которые подавляли бы их метаболизм таким же образом.Совсем недавно гибернация была связана с центральной нервной системой (ЦНС), поэтому поиск переключился на препараты, которые можно было бы вводить непосредственно в соответствующую область мозга, чтобы вызвать состояние глубокой гипотермии.

Недавние исследования выявили эти области, контролирующие спячку, в мозге грызунов. Еще одной недавней областью исследований, направленных на вызывание оцепенения, является генная инженерия. Все эти методы требуют хирургического вмешательства или генетических манипуляций, что ограничивает их применимость к людям. Однако есть один метод, который врачи использовали для неинвазивного, но точного проникновения в череп без использования радиации. Этим методом является ультразвук.

“Эти возможности, наряду с его безопасностью, портативностью и низкой стоимостью, сделали ультразвук многообещающей технологией для нейромодуляции у мелких животных, нечеловеческих приматов и людей, хотя его механизм остается неуловимым”.

Команда решила использовать ультразвук для достижения оцепенения у грызунов и выяснить, почему это работает.Ученые создали носимый ультразвуковой преобразователь для мышей, который стимулирует соответствующие нейроны в преоптической области гипоталамуса – при стимуляции они вызывают снижение температуры тела. С помощью ультразвука у мышей наблюдалось снижение температуры тела примерно на 3 градуса по Цельсию примерно на один час.

В качестве дополнительного бонуса, их метаболизм изменился с использования углеводов и жиров для получения энергии на использование только жира, что делают мыши, медведи и другие млекопитающие во время зимней спячки. В то же время их частота сердечных сокращений снизилась примерно на 47%. Лучше всего было то, что все это происходило при комнатной температуре, а не в холодных помещениях, необходимых для других форм снижения температуры млекопитающего или человека.

Увеличение ультразвукового давления на нейроны снижало температуру тела и еще больше замедляло метаболизм – до состояний, известных как вызванная ультразвуком гипотермия и гипометаболизм (UIH). Чен отмечает в пресс-релизе, что этот UIH, управляемый обратной связью, поддерживал температуру тела мыши на уровне 32,95 ° C в течение примерно 24 часов, но она вернулась к нормальной температуре всего через 90 минут после отключения ультразвука.

Затем ультразвуковой эксперимент был повторен на 12 крысах, которые не впадают в спячку естественным путем.Устройство снизило температуру тела крыс до 3,57 ° F (2 ° C) – меньше, чем у мышей, но все же достаточно низко, чтобы исследователи были уверены, что этот метод сработает на млекопитающих, не находящихся в состоянии оцепенения, включая людей. Чтобы сделать это, исследователям необходимо было выяснить, что именно происходило в мозге грызунов при проникновении ультразвука – в частности, какая молекула позволяла нейронам активироваться с помощью ультразвука.

“С помощью генетического секвенирования они обнаружили, что ультразвук активирует ионный канал TRPM2 в нейронах преоптической области гипоталамуса. В ходе различных экспериментов они показали, что TRPM2 является чувствительным к ультразвуку ионным каналом и способствует индукции UIH.”

Является ли это ключом, который открывает дверь к анабиозу для длительных полетов человека в космос? В исследовании отмечается, что гипотермия и гипометаболизм, вызванные ультразвуком (UIH), безусловно, обладают потенциалом для безопасного введения людей в состояние, подобное оцепенению, которого исследователи космических путешествий добиваются в той или иной форме с 1960-х годов. UIH устранил бы необходимость носить с собой наркотики и опасность регулярных инъекций их через черепа и непосредственно в мозг астронавтов, находящихся в состоянии оцепенения.

Космическому путешественнику просто нужно было бы носить специальную ультразвуковую шапочку во время пребывания в состоянии анабиоза – шляпой мог бы управлять искусственный интеллект или наземные службы поддержки.

Как всегда, необходимо провести гораздо больше исследований, но в исследовании делается вывод, что “UIH может открыть новые области применения, начиная от новых методов лечения и заканчивая длительными полетами человека в космос”.

Самая большая проблема, как объяснил Владислав Вязовский, профессор физиологии сна Оксфордского университета, который не принимал участия в исследовании, по-прежнему остается очень серьезной:

“Поэтому, прежде чем мы попытаемся вызвать спячку у людей, мы сначала должны убедиться, что знаем, как вернуть их “обратно” в целости и сохранности. До тех пор, пока у нас не будет полного понимания как причин, так и последствий естественной гибернации, возможность оцепенения у людей будет и должна оставаться в области научной фантастики”.

Быть затерянным в космосе все же намного лучше, чем быть мертвым в космосе.