Ультразвук и мыши

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Конечно, вы помните прекрасную Пушкинскую «Сказку о мертвой царевне и семи богатырях». Злая мачеха решила извести красавицу царевну, дочку царя от первого брака. В результате царевна, откушав ядовитого яблочка, умирает. Богатыри кладут ее в хрустальный гроб и подвешивают в скалах. Но, к счастью, царевну находит ее жених королевич Елисей, разбивает гроб и царевна оживает.

Вот этот момент оживления, момент обратимости смерти очень интересен. Можно ли такой эксперимент повторить в действительности? Вы скажете — да это же все придумки, это же сказка. Да, сказка. Однако на самом деле, если мы присмотримся к миру живого, то поймем, что это всего лишь одна из многочисленных технологий природы.

Она предусмотрена на тот случай, когда животным не хватает еды и наступают холода. В этих условиях животные, например обычные мыши и летучие мыши, уходят в спячку, которую ученые называют оцепенением, или торпором. Это что-то среднее между спячкой и комой.

Во время оцепенения температура тела снижается, сердечный ритм замедляется, все химические процессы в теле сбавляют обороты, метаболизм замирает, так что еда уже не нужна. Животные в этом состоянии не реагируют на внешние раздражители, не чувствуют голода, а просто спят глубоким сном, пережидая тяжелые времена.

Для крошечной колибри, например, оцепенение — это едва ли не единственная возможность пережить ночь! У этой птахи обмен веществ настолько быстрый, что просто не позволяет ей дожить до утра, когда распустятся цветы, накормят птичку нектаром и согреют.

Вот почему колибри впадают в оцепенение каждый день! Жизнь в ней замирает, температура тела падает с 40 градусов до 10. Да и затраты энергии стремятся к нулю, потому что энергию тратить особенно не на что, только на поддержание ослабевших внутренних процессов.

Конечно, ученых во все времена интересовало, почему животные впадают в оцепенение, что там происходит у них в мозгу? Несколько лет назад исследователи из Японии и США получили ответ. Они проводили эксперименты на мышах.

В брюшную полость животным вшили сенсоры, которые фиксировали изменения температуры тела. А затем исследователи стали вводить определенные вещества в разные участки мозга мышей и следили, как меняется температура тела. Если она сильно упадет, значит, переключатель на сон найден.

Таким переключателем, запускающим оцепенение у мышей, оказался гипоталамус. Эта область находится в нижней части головного мозга. Как только вещества добрались до Q-нейронов в гипоталамусе, температура тела мышки стала падать, и животное погрузилось в глубокий сон. В общем — оцепенела.

Спала она 48 часов, а потом стала приходить в себя. Никаких внутренних повреждений и отклонений у мышки не обнаружили. И стало ясно, что это — естественный процесс для мышки, к которому она была готова.

Итак, область в мозге известна. Так, может, пора человека погружать в оцепенение, чтобы он пережил трудные времена? К сожалению, в отличие от мышей, у людей такой способности нет. Но, с другой стороны, память о ней наверняка досталась нам от наших эволюционных предков и зашита где-то в генах. Очень возможно, что, воздействуя на Q-нейроны гипоталамуса, можно будет погрузить человека в спячку, в торпор.

Но любые эксперименты на добровольцах, когда им вводят вещества в определенный участок мозга, на мой взгляд, опасны. К тому же метод инвазивный. А это дополнительные риски.

И вот в журнале Nature Matabolism появилась статья, которая рассказывает о результатах одного вдохновляющего эксперимента. Исследователям впервые в мире удалось погрузить лабораторных животных в оцепенение, не используя шприц и инъекции в мозг.

Оказалось, что достаточно послать ультразвуковые импульсы в преоптическую область гипоталамуса (она регулирует температуру тела и обмен веществ), чтобы температура тела начала снижаться, сердце стало биться медленнее, а метаболические измерения показали, что животные потребляли меньше кислорода.

Если дальнейшие ультразвуковые импульсы в гипоталамус не поступали, то примерно через час температура тела мышей снова начинала повышаться, и через два часа они полностью выздоравливали. Если же импульсы возобновлялись, как только температура тела начинала повышаться, мышь продолжала пребывать в оцепенении. Так мышь продержали в оцепенении сутки. А когда ультразвук отключили, обмен веществ и температура тела постепенно вернулись к норме.

Последующее исследование мозга показало, что нейроны преоптической области гипоталамуса действительно вызывают оцепенение в ответ на ультразвук. Ученые обнаружили, что определенные ионные каналы в нервных клетках, называемые каналами TRPM2, активируются ультразвуком и в результате приводят в действие сигнальную цепь, которая снижает температуру тела и метаболизм.

Вызывать оцепенение ультразвуком — многообещающая идея, ведь ультразвук может беспрепятственно проникать в череп и фокусироваться с точностью до миллиметра на любом участке мозга без использования ионизирующего излучения. Пожалуй, такое безопасное воздействие можно попробовать и на людях. Но ведь у людей нет естественного механизма, позволяющего впадать в оцепенение?!

И тогда исследователи решили испробовать новую технологию на крысах. Казалось бы, невелика разница — мыши или крысы. Только вы биологам так не скажите. Разница большая. Например, крысы, в отличие от мышей, не впадают в оцепенение. Но когда к ним применили ультразвуковую стимуляцию гипоталамуса, температура их тела тоже начала снижаться! Значит, ультразвуковая технология погружения людей в оцепенение может сработать.

А нам это надо? Очень даже надо. Медики считают, что если пациентов, перенесших инсульт, погружать в оцепенение на какое-то время, то шансы на выживание пациентов сильно возрастают. В такой сон могли бы уходить пациенты, которые ждут донорских органов — тысячи жизней были бы спасены. А космические инженеры, мечтающие о полете на Марс, считают, что в оцепенение можно было бы погружать членов экипажа, летящих к красной планете.

До Марса лететь месяцев девять. Представляете, сколько запасов продуктов надо взять на борт корабля, чтобы космонавты не умерли с голоду? Не говоря о прочем. Получится огромный вес. Поэтому у нас пока нет достаточно мощной ракеты, чтобы отправить на Марс хотя бы одного человека.

Первый автоматический аппарат Марс-1 отправил к Марсу Советский Союз в 1962 году. Именно с его помощью мы получили первые данные о космической среде на пути от Земли к Марсу, о ее жесткости и губительности для человека.

Среда крайне опасная, поэтому и сегодня, спустя 60 лет после первого шага в сторону Марса, у человечества пока нет надежного плана, как людям добраться до Марса и ступить на его поверхность. И здесь ультразвуковая стимуляция преоптической области гипоталамуса может в перспективе облегчить полет космонавтов, если удастся погрузить их в оцепенение на несколько месяцев.

Кстати, сказка о спящей красавице — это традиционная европейская сказка. Она известна в интерпретации Шарля Перро и братьев Гримм. Но в ней злая фея погрузила в сон королевскую дочку ровно на 100 лет. Так что это было регулируемое оцепенение. И никакой принц или королевич для пробуждения не требовался. Наш вариант. То, что надо. На всех королевичей и принцев не напасешься.

В общем, сказка — ложь, да в ней намек…