Kein Film über interstellare Reisen ist ohne tiefen Schlaf vollständig. "Prometheus", "Passagiere", überall, wo wir sehen, wie die Hauptfiguren, die in Winterschlafkabinen erwachen, ihre fragile Physiologie aus einem langen Zustand unbeweglicher Fossilien neu starten - oft mit dem Ausbruch von Magenflüssigkeiten, dh einfach Erbrechen. Dieser brutale Prozess scheint sinnvoll zu sein. Schließlich halten Menschen von Natur aus keinen Winterschlaf. Aber eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern versucht, die Natur zu überwinden und einen Menschen in einen künstlichen Winterschlaf zu versetzen. Wenn sie erfolgreich sind, können sie das Altern verzögern, lebensbedrohliche Krankheiten heilen und uns zum Mars und darüber hinaus bringen.
Letzte Woche versammelte sich eine Expertengruppe in New Orleans, um die Möglichkeit zu untersuchen, Menschen in einen "synthetischen" oder künstlichen Winterschlaf zu versetzen. Wissenschaftler lernen von der Natur und versuchen, die Faktoren zu verstehen, die bei Tieren zum Winterschlaf und Wiedererwachen führen.
Das Geheimnis des Winterschlafes
Was könnte besser sein, um lange Lebensabschnitte bei drohender Kälte und Mangel an Nahrung zu überwinden, als in tiefe Bewusstlosigkeit zu stürzen? Der größte Teil der Tierwelt befindet sich im Winterschlaf: Bären, Eichhörnchen, Igel. Sogar unsere Cousins von Primaten, der Fettschwanzmaki, sinken ihre Stoffwechselrate, wenn die Nahrungsvorräte schwinden.
Was ist mit uns? Obwohl wir leider keinen Winterschlaf halten, deuten einige "Wunder" darauf hin, dass ein tiefes Einfrieren des Stoffwechsels dazu beitragen kann, unseren beschädigten Körper für die Zukunft zu erhalten.
1999 fiel die Radiologe Anna Bagenholm beim Skifahren in Norwegen durch das Eis. Als sie gerettet wurde, war sie über 80 Minuten unter dem Eis gewesen. Nach allem war sie klinisch tot - kein Atem, kein Puls. Ihre Körpertemperatur sank auf beispiellose 13,7 Grad Celsius.
Als die Ärzte jedoch allmählich ihr Blut erhitzten, heilte ihr Körper langsam. Am nächsten Tag wurde das Herz neu gestartet. Zwölf Tage später öffnete sie die Augen. Sie erholte sich schließlich vollständig.
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Bagenholms Fall ist nur ein Hinweis darauf, dass Menschen die Fähigkeit haben, sich von stark depressiven Stoffwechselzuständen zu erholen. Seit Jahren setzen Ärzte therapeutische Hypothermie ein, um die Körpertemperatur über mehrere Tage um mehrere Grad zu senken und Patienten bei der Bewältigung von Hirnverletzungen oder verzögerter Epilepsie zu helfen.
Schnelle Abkühlung hilft, Gewebe zu erhalten, die von der Blutversorgung abgeschnitten wurden, sodass sie weniger Sauerstoff benötigen, um zu funktionieren. In China hielten Experimente die Menschen bis zu zwei Wochen lang gefroren.
Das Versprechen einer therapeutischen Unterkühlung ist so groß, dass die NASA 2014 mit SpaceWorks aus Atlanta zusammenarbeitete und einen Raumfahrt-Winterschlaf für eine Mission zum Mars vorfinanzierte.
Obwohl die Raumfahrt nur wenige Monate dauert, kann ein inaktiver Zustand von Astronauten die Menge der benötigten Nahrung und die Größe des Lebensraums drastisch reduzieren. Das Einschlafen kann auch schwerwiegende Nebenwirkungen durch niedrige Schwerkraft verhindern, wie z. B. Veränderungen des cerebrospinalen Flüssigkeitsflusses, die das Sehvermögen negativ beeinflussen können. Eine direkte Muskelstimulation dank der Wiege des Winterschlafes kann einen Muskelverlust unter Schwerelosigkeitsbedingungen verhindern, und ein tiefer Zustand der Bewusstlosigkeit kann möglicherweise psychische Probleme wie Langeweile und Einsamkeit minimieren.
Das Projekt ist in die zweite Finanzierungsphase eingetreten, es bleiben jedoch noch viele Fragen offen. Eine davon ist mit der Tatsache verbunden, dass eine anhaltende Unterkühlung schreckliche Auswirkungen auf die Gesundheit hat: Blutgerinnsel, Blutungen, Infektionen und Leberversagen können auftreten. Bei einem Raumschiff ohne hochentwickelte medizinische Geräte können diese Komplikationen tödlich sein.
Ein weiteres Problem ist, dass wir nicht vollständig verstehen, was mit einem Tier passiert, wenn es in den Winterschlaf geht. Dies versuchte die Konferenz in New Orleans zu lösen.
Biologische Inspiration
Dr. Hannah Carey von der University of Wisconsin ist der Ansicht, dass die Möglichkeit eines Winterschlafes von Menschen nicht in der Medizin, sondern in der Natur gesucht werden sollte.
Carey untersucht die Winterschlafgewohnheiten des Landhörnchens, eines kleinen alles fressenden Nagetiers, das durch die nordamerikanischen Prärien streift. Von Ende September bis Mai überwintert das Grundeichhörnchen in unterirdischen Höhlen und überlebt strenge Winter.
Eine der merkwürdigen Beobachtungen von Carey ist, dass niedrige Stoffwechselraten nicht den ganzen Winter anhalten. Regelmäßig schlafende Tiere kommen für einen halben Tag aus ihrer Erstarrung und erhöhen ihre Körpertemperatur auf ein normales Niveau. In diesen Zeiträumen essen oder trinken die Tiere jedoch immer noch nicht.
Neurowissenschaftler haben lange versucht, eine umfassende Liste der Vorteile des Schlafes zusammenzustellen. Untersuchungen zeigen beispielsweise, dass der Schlaf dem Gehirn hilft, giftige Abfallprodukte im Lymphsystem zu beseitigen, und dass die Gehirnsynapsen neu starten können. Wenn der Winterschlaf an sich zu einem Zustand des Schlafentzugs führt, kann ein regelmäßiges Einschlafen dabei helfen?
Wir wissen es noch nicht. Carey glaubt jedoch, dass die Ergebnisse von Tierstudien zeigen, dass bei der Suche nach einem Winterschlaf beim Menschen die Untersuchung der Biologie natürlicher Winterschlaf mehr Ergebnisse liefert als die Anwendung medizinischer Praktiken auf der Grundlage von Unterkühlung, dh Unterkühlung.
Künstlicher Schlaf
Während Carey und Vyazovsky untersuchen, wie der Winterschlaf Tieren hilft, gesund zu bleiben, ging Dr. Matteo Serri von der Universität Bologna in Italien einen etwas anderen Weg: Wie kann man bei Tieren, die keinen Winterschlaf halten, künstlich Taubheitsgefühle auslösen?
Die Antwort könnte in einer kleinen Gruppe von Neuronen in der Gehirnregion von Raphe Pallidus liegen. Da sich der Stoffwechsel im Winterschlaf dramatisch verlangsamt, lösen wahrscheinlich hormonelle und Gehirnmechanismen diesen Prozess aus.
Bereits 2013 war sein Wissenschaftlerteam eines der ersten, das Ratten in den Winterschlaf versetzte. Normalerweise schlafen diese Tiere im Winter nicht. Ihnen wurde eine Chemikalie in Raphe Pallidus injiziert, um die neuronale Aktivität zu hemmen. Diese Neuronen sind normalerweise am "thermoregulatorischen Schutz vor Kälte" beteiligt, sagt Serry, das heißt, sie lösen biologische Reaktionen aus, die dem Rückgang der Körpertemperatur entgegenwirken.
Die Ratten wurden dann in einen dunklen, kalten Raum gebracht und mit einer fettreichen Diät gefüttert, von der bekannt ist, dass sie die Stoffwechselrate senkt.
Das Ausschalten der Abwehrneuronen für sechs Stunden führte zu einem starken Temperaturabfall im Gehirn der Ratten. Ihre Herzfrequenz und ihr Blutdruck verlangsamten sich ebenfalls und fielen. Schließlich begann das Muster der Gehirnwellen dem Muster der Tiere in einem natürlichen Winterschlaf zu ähneln.
Das Interessanteste war, dass sich die Ratten erholten, als die Wissenschaftler die "Behandlung" abbrachen - schon am nächsten Tag zeigten sie keine Anzeichen von abnormalem Verhalten.
Frühere Versuche, bei Tieren, die keinen Winterschlaf halten, Erstarrung zu induzieren, sind gescheitert. Diese Studie zeigte jedoch, dass die Hemmung von Neuronen bei Raphe Pallidus für die Induktion eines Erstarrungszustands wesentlich ist.
Wenn diese Ergebnisse am Beispiel größerer Säugetiere bestätigt werden, ist es sinnvoll, beim Menschen in den Winterschlaf überzugehen. Serri und andere arbeiten daran, die Kontrolle des Gehirns über Taubheitsgefühle weiter zu analysieren und herauszufinden, wie man sie hackt, um das Gehirn in den Winterschlaf zu versetzen.
Was weiter?
Das Eintauchen einer Person in einen Zustand des Winterschlafes, des Winterschlafes, der unterbrochenen Animation - nennen Sie es so, wie Sie es möchten - ist noch weit von der Realität entfernt. Die Forschungsergebnisse enthüllen jedoch allmählich molekulare und neuronale Faktoren, die theoretisch zu einem Tiefkühlzustand führen könnten.
Ilya Khel
