«Χειμερία νάρκη»: Η λύση για μεγάλα διαστημικά ταξίδια;

Τα μακροχρόνια ταξίδια στο Διάστημα είναι κακά για την ανθρώπινη υγεία. Πολύ κακά. Η παρατεταμένη παραμονή των ανθρώπων στο Διάστημα τους εκθέτει σε επικίνδυνα υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας, ενώ η διαρκής έκθεση στη μικροβαρύτητα μπορεί να βλάψει μια σειρά από συστήματα οργάνων, συμπεριλαμβανομένων των μυών, των οστών και των ματιών. Παράλληλα, η διαβίωση για μήνες ή χρόνια σε στενούς χώρους μπορεί να έχει σοβαρές ψυχολογικές επιπτώσεις.

Το κλειδί για την επίλυση αυτών των προβλημάτων θα μπορούσε να είναι μια φυσιολογική στρατηγική 250 εκατομμυρίων ετών που επιτρέπει σε θηλαστικά, πτηνά, ψάρια και άλλα ζώα να επιβιώνουν από ακραίες ελλείψεις αποσυνδέοντας ουσιαστικά τον εαυτό τους: τη χειμερία νάρκη. Όταν πέφτουν σε χειμερία νάρκη, τα ζώα σχεδόν απενεργοποιούν πλήρως τις σωματικές τους λειτουργίες. Δεν τρώνε, δεν πίνουν ούτε κινούνται και, εξίσου σημαντικό, δεν πεινάνε ή δεν διψούν και δεν φαίνεται να υποφέρουν από το κρύο. Αυτή η αξιοσημείωτη ικανότητα θα μπορούσε να αποδειχθεί κρίσιμη για να βοηθήσει τους ανθρώπους να φτάσουν στον Άρη και πέρα ​​από αυτόν.

Η χειμερία νάρκη θα μπορούσε να προστατεύσει από πολλούς από τους κινδύνους της παρατεταμένης διαστημικής πτήσης, συμπεριλαμβανομένης της έκθεσης σε ακτινοβολία και της απώλειας οστών και μυών. Επιπλέον, η μακροχρόνια ασυνείδητη κατάσταση των ταξιδιωτών θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση του κόστους ζωής σε περιορισμένο χώρο για μήνες ή χρόνια. Θα μπορούσε επίσης να μειώσει σημαντικά την ποσότητα τροφής και νερού που απαιτείται για το ταξίδι, μειώνοντας το ωφέλιμο φορτίο και επιτρέποντας στους αστροναύτες να φτάσουν στον προορισμό τους – και να επιστρέψουν – σε λιγότερο χρόνο.

Το πρόβλημα είναι ότι εκ φύσεως οι άνθρωποι δεν είναι φτιαγμένοι για να πέφτουν σε χειμερία νάρκη. Σε αντίθεση με τους σκίουρους, τις αρκούδες, τις νυχτερίδες και πολλά άλλα είδη, δεν έχουμε εξελιχθεί ώστε να μειώνουμε ριζικά τον μεταβολισμό μας όταν οι πόροι είναι περιορισμένοι. Για να ξεπεραστεί αυτό, ομάδες επιστημόνων σε όλο τον κόσμο εργάζονται για να αναπτύξουν τεχνικές που μπορούν να προκαλέσουν με ασφάλεια χειμερία νάρκη στους ανθρώπους.

Σε προγράμματα που χρηματοδοτούνται από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) και τη NASA, οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι οι άνθρωποι που πέφτουν σε χειμερία νάρκη απενεργοποιούνται – και στη συνέχεια ενεργοποιούνται ξανά – χωρίς να παρουσιάζουν αρνητικές επιπτώσεις μετά από μήνες χωρίς φαγητό, νερό και άσκηση.

Η Κριστιάνε Χαν, η οποία επιβλέπει την έρευνα διαστημικής βιολογίας στην ESA, λέει ότι «πρόκειται για έναν πολύ υποσχόμενο τομέα, που θα μπορούσε να μεταμορφώσει απόλυτα το μέλλον των διαστημικών ταξιδιών».

Η διαστημική ακτινοβολία

Η ακτινοβολία αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα για τις διαστημικές πτήσεις μεγάλων αποστάσεων. Στη Γη, η ατμόσφαιρα μπλοκάρει τα περισσότερα ραδιενεργά σωματίδια που κατευθύνονται προς τον πλανήτη μας. Στο Διάστημα όμως δεν υπάρχει προστασία. Κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου διαστημικού ταξιδιού, οι ταξιδιώτες θα εκτίθενται συνεχώς σε επικίνδυνα επίπεδα επιβλαβών ιόντων. Και όχι μόνο αυτό, αλλά τα σωματίδια μπορούν επίσης να παγιδευτούν μέσα στο διαστημόπλοιο, προκαλώντας ακόμη μεγαλύτερη ζημιά σε όσους βρίσκονται μέσα. «Η προστασία των ανθρώπων από την ακτινοβολία στο Διάστημα είναι ιδιαίτερα δύσκολη», λέει η Χαν, που παραδέχεται ότι «ακόμη δεν έχουμε βρει μια αποτελεσματική ασπίδα».

Έρευνες έχουν δείξει ότι η χειμερία νάρκη θα μπορούσε να προστατεύσει από αυτή τη βλάβη. Κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης, τα ζώα μειώνουν τη μεταβολική τους δραστηριότητα, χρησιμοποιούν λιγότερο οξυγόνο και συσσωρεύουν σφιχτά τις αλυσίδες DNA τους, γεγονός που προστατεύει από βλάβες από την ακτινοβολία. Επιπλέον, τα ζώα που βρίσκονται σε χειμερία νάρκη διαθέτουν ισχυρούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA.

«Είναι απίστευτο τι μπορούν να κάνουν», λέει η φυσιολόγος του Πανεπιστημίου Γέιλ, Έλενα Γκράτσεβα, η οποία επιβλέπει μια μεγάλη αποικία σκίουρων στις μεσοδυτικές ΗΠΑ και τον Καναδά. Τα πλάσματα φυλάσσονται σε μια ειδικά σχεδιασμένη εγκατάσταση που αναδημιουργεί το φυσικό τους περιβάλλον.

«Αυτά τα ζώα είναι σαν εμάς το καλοκαίρι, αλλά το χειμώνα γίνονται εντελώς διαφορετικοί οργανισμοί», λέει. «Ο καρδιακός τους ρυθμός μειώνεται σε έναν χτύπο κάθε λίγα λεπτά και η θερμοκρασία του σώματός τους φτάνει τους 4°C, που είναι η θερμοκρασία σε ένα ψυγείο. Κι όμως, είναι ακόμα ζωντανά».

Η Γκράτσεβα μελετά πώς τα ζώα μπορούν να επιβιώσουν ακόμη και χωρίς νερό για έως και οκτώ μήνες κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης. Τα ζώα δεν πίνουν, ακόμη και αν τους προσφερθεί νερό. Έχει εντοπίσει μια περιοχή του εγκεφάλου, το υποφορνικό όργανο (SFO), που φαίνεται να ρυθμίζει αυτή τη διαδικασία, καθώς και ένα μόριο που φαίνεται να εξαλείφει τη δίψα όταν εγχέεται στο SFO. Σημειώνει ότι αυτή η περιοχή του εγκεφάλου υπάρχει και σε είδη που δεν πέφτουν σε χειμερία νάρκη, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Οι ερευνητές διερευνούν τώρα τρόπους για να διευρύνουν την ανθρώπινη φυσιολογία, ώστε να μπορέσει και το ανθρώπινο είδος να αποκομίσει οφέλη από αυτή τη διαδικασία. Πειραματίζονται με φάρμακα, υπερήχους και άλλες στρατηγικές ώστε να επιτρέψουν στους ανθρώπους να εισέλθουν σε μια κατάσταση «συνθετικής νωθρότητας», όπως είναι γνωστή. (Αν και οι δύο όροι χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά, οι επιστήμονες γενικά ορίζουν τη νωθρότητα ως μια βραχυπρόθεσμη κατάσταση που διαρκεί από λίγες ώρες έως μία ημέρα, ενώ η χειμερία νάρκη διαρκεί πολύ περισσότερο, για εβδομάδες ή μήνες. Η συνθετική νωθρότητα τείνει να περιλαμβάνει τόσο τη βραχυπρόθεσμη όσο και τη μακροπρόθεσμη μεταβολική απενεργοποίηση.)

«Είναι σίγουρα εφικτό», λέει η βιοχημικός Κέλι Ντρου, καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Αρκτικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Αλάσκας. Για περισσότερες από δύο δεκαετίες, η Ντρου, η οποία χρηματοδοτείται από τη NASA, μελετά τους αρκτικούς σκίουρους, οι οποίοι πέφτουν σε χειμερία νάρκη από τον Αύγουστο έως τον Μάιο, μειώνοντας τη θερμοκρασία του σώματός τους από 37°C κάτω από το μηδέν. Η εργασία της Ντρου έχει επικεντρωθεί στο πώς τα ζώα προστατεύουν τον εγκέφαλο, την καρδιά και τους μύες τους σε χαμηλή θερμοκρασία, μια κατάσταση που κανονικά θα σκότωνε τα ζωντανά κύτταρα. Αυτή και οι συνάδελφοί της έχουν διαπιστώσει ότι κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης, η μυοσίνη, μια βασική μυϊκή πρωτεΐνη, αλλάζει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιεί την ενέργεια, επιτρέποντάς της να επιβιώνει σε χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς να προκαλείται ζημιά.

Προσδιορισμός βασικών μηχανισμών

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν καταφέρει να προκαλέσουν συνθετική νωθρότητα σε μια σειρά ζώων. Σχεδόν όλα αυτά τα πειράματα έχουν χρησιμοποιήσει επεμβατικές τεχνικές, συνήθως κάποιο είδος χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο. Ο καθηγητής φυσιολογίας του Πανεπιστημίου της Μπολόνια, Ματέο Τσέρι, για παράδειγμα, έχει στοχεύσει κύτταρα στην ωχρή ραφή, μια περιοχή του εγκεφάλου που παίζει βασικό ρόλο στη ρύθμιση της θερμοκρασίας και της χρήσης ενέργειας.

Ωστόσο, ενώ αυτή η εργασία βοηθά στη διαλεύκανση των μηχανισμών που εμπλέκονται στη διαδικασία, δεν θα ήταν πρακτικό ή ηθικό να ανοίγονται τα κρανία των διαστημικών ταξιδιωτών κάθε φορά που έπρεπε να εισέλθουν ή να εξέλθουν από την κατάσταση λήθαργου. Από το 2023, αρκετές ομάδες, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις, έχουν χρησιμοποιήσει υπερήχους, μια μη επεμβατική τεχνική που μεταδίδει ηχητικά κύματα, για να προκαλέσουν συνθετική λήθαργο σε ζώα. Ο Τσέρι και οι συνάδελφοί του, οι οποίοι λαμβάνουν χρηματοδότηση από την ESA, ελπίζουν να αρχίσουν σύντομα να δοκιμάζουν αυτήν την προσέγγιση σε υγιείς εθελοντές.

Η χειμερία νάρκη είναι μια εξαιρετικά περίπλοκη διαδικασία – άλλωστε, επηρεάζει κάθε κύτταρο του σώματος – και σχεδόν σίγουρα υπάρχουν πολλοί παράγοντες που εμπλέκονται στη διαδικασία. Ο ερευνητής νευροεπιστημών του MIT, Σινίσα Χρβάτιν, εντόπισε μια άλλη περιοχή του εγκεφάλου που φαίνεται να παίζει βασικό ρόλο στη διαδικασία. Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε νωρίτερα φέτος (αλλά δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί πλήρως), αυτός και η ομάδα του στόχευσαν μια περιοχή γνωστή ως προοπτική περιοχή, η οποία παίζει βασικό ρόλο στον μεταβολισμό και τη θερμοκρασία. Ενεργοποιώντας νευρώνες στην προοπτική περιοχή των χάμστερ, οι ερευνητές τους έβαλαν σε λήθαργο, μειώνοντας τη θερμοκρασία του σώματος των ζώων στους 15°C.

Ο Χρβάτιν σημειώνει ότι αυτό το προοπτικό νευρωνικό κύκλωμα πιθανότατα υπάρχει σε μια μεγάλη ποικιλία ζώων, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων που δεν πέφτουν σε χειμερία νάρκη ή δεν εισέρχονται καθόλου σε λήθαργο. Για τον Χρβάτιν, αυτό υποδηλώνει ότι θα ήταν δυνατό να ενεργοποιηθεί μια κατάσταση παρόμοια με τη χειμερία νάρκη σε ζώα που κανονικά δεν αυτο-απομονώνονται. Δεν είναι σαφές εάν αυτό το προοπτικό κύκλωμα υπάρχει στους ανθρώπους. Κανείς δεν το έχει ερευνήσει. Ο Χρβάτιν σχεδιάζει να διερευνήσει αυτό το ερώτημα σύντομα.

Μερικοί επιστήμονες ήδη πειραματίζονται σε ανθρώπους. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πέρυσι, ο ερευνητής του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ, Κλίφτον Κάλαγουεϊ, χορήγησε σε υγιείς ανθρώπους ένα ηρεμιστικό που ονομάζεται δεξμεδετομιδίνη για πέντε ημέρες. Αυτό προκάλεσε μείωση κατά 20% στον μεταβολικό ρυθμό και μείωση κατά 30% στη συνολική κατανάλωση θερμίδων. Ο Κάλαγουεϊ, του οποίου το πρόγραμμα χρηματοδοτήθηκε από τη NASA, λέει ότι μπορεί να είναι αρκετό για να προστατεύσει τους αστροναύτες από τουλάχιστον ορισμένους κινδύνους των διαστημικών πτήσεων. Και σε ένα μακρύ ταξίδι, ακόμη και μια σχετικά μικρή μεταβολική μείωση θα έκανε τη διαφορά στην αποτελεσματικότητα.

Ελπιδοφόρες εφαρμογές και στη Γη

Η υπόσχεση της συνθετικής νωθρότητας εκτείνεται πολύ πέρα ​​από το να κάνει τα διαστημικά ταξίδια ασφαλέστερα. Οι επιστήμονες τη μελετούν ως θεραπεία για ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου και της νόσου Αλτσχάιμερ. Η χειμερία νάρκη φαίνεται να ενεργοποιεί ευρείες ικανότητες επιδιόρθωσης και αναγέννησης σε πολλά όργανα και τύπους κυττάρων. Και φαίνεται να εμποδίζει την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων και να τα καθιστά πιο ευάλωτα στη θεραπεία. Τόσο ο Τσέρι όσο και ο Χρβάτιν διερευνούν και αυτόν τον τομέα.

Ο Κάλαγουεϊ λέει ότι η συνθετική νωθρότητα θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε επείγουσες ιατρικές καταστάσεις, όπως καρδιακές προσβολές, εγκεφαλικά επεισόδια και εγκεφαλικές βλάβες, όταν οι γιατροί θέλουν να επιβραδύνουν γρήγορα τον μεταβολισμό και να μειώσουν τη φλεγμονή για να τους δώσουν χρόνο να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα. Σε αντίθεση με τους ασθενείς σε ιατρικά προκλητό κώμα, οι ασθενείς σε συνθετική νωθρότητα δεν θα χρειαζόταν να βρίσκονται σε μηχανική υποστήριξη, επειδή ο εγκέφαλός τους θα εξακολουθούσε να είναι ενεργός. Λέει ότι η νωθρότητα έχει τη δυνατότητα να αποτελέσει μια βελτιωμένη εκδοχή της θεραπευτικής υποθερμίας, μιας τεχνικής που χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες.

Οι περισσότεροι ειδικοί συμφωνούν ότι η πρώτη ανθρώπινη χρήση της χειμερίας νάρκης πιθανότατα θα είναι ιατρική. Ο Χρβάτιν βλέπει τη μεταμόσχευση οργάνων ως πιθανή πρώτη επιλογή: λέει ότι θα ήταν σχετικά απλό να ενεργοποιηθούν ορισμένες παράμετροι  χειμερίας νάρκης για να επιμηκυνθεί ο χρόνος επιβίωσης ενός οργάνου. Οι ερευνητές ήδη πειραματίζονται με αυτό και έχουν διαπιστώσει ότι μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη μακροζωία των οργάνων.

Υπάρχουν διάφορες απόψεις σχετικά με το πότε η συνθετική νωθρότητα θα μπορεί να αποτελεί πραγματικότητα για τους ανθρώπους. Ο Τσέρι είναι από τους πιο αισιόδοξους – πιστεύει ότι θα συμβεί τα επόμενα 10 ή 15 χρόνια. Οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν ότι θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος. Η Χαν θεωρεί ότι θα χρειαστούν αρκετές δεκαετίες.

Αυτή και άλλοι επιστήμονες επισημαίνουν ότι πριν μπορέσει ο λήθαργος να χρησιμοποιηθεί για διαστημικά ταξίδια ή για θεραπεία, οι ερευνητές πρέπει να κατανοήσουν πολύ καλύτερα τη διαδικασία. Διαφορετικά, λέει, διατρέχουμε τον κίνδυνο να βιώσουμε εφιαλτικά σενάρια επιστημονικής φαντασίας. «Η πρόκληση λήθαργου είναι αρκετά καλά κατανοητή. Το να φέρουμε κάποιον ξανά στη ζωή δεν είναι. Πρέπει να βεβαιωθούμε ότι κάνουμε και τα δύο μέρη σωστά», υπογραμμίζει.

Πηγή: The Guardian