П редставете си бозайник, който може умишлено да изключи повечето от мозъчните си функции през по-голямата част от годината, след което да се събуди през пролетта с напълно запазени спомени и интелектуални способности. Точно това прави американският дългоопашат лалугер (Urocitellus parryii) всяка година през зимата.
Това очарователно същество обитава някои от най-студените части на света, където зимните условия могат да продължат до осем месеца. Вместо да се опитва да се противопостави на последиците от студа, този лалугер избира да го отпразнува, като навлезе в едно от най-екстремните състояния на хибернация, регистрирани някога при бозайниците.
През това време телесната му температура пада под точката на замръзване на водата, сърдечната му честота се забавя значително и повечето от мозъчните му функции спират. А след това, през пролетта, то по чудо оживява без дългосрочни вредни последици.
Какво се случва с мозъка по време на дълга хибернация?
В човешкия случай, дори малко понижение на температурата на мозъка или нивата на кислород може да доведе до необратими увреждания или клетъчна смърт. Например, изследванията показват, че човешките мозъчни клетки са силно чувствителни към липса на кислород или исхемия, което често е свързано с инсулти и травматични наранявания. При нормални обстоятелства такъв стрес би предизвикал каскада от клетъчни увреждания, които биха били трудни за обръщане. Проучване, озаглавено „Мозъкът на американския дългоопашат лалугер е устойчив на наранявания от сърдечен арест по време на евтермия“, публикувано в списание Stroke, илюстрира колко чувствителни са човешките мозъчни клетки към липса на кислород, за разлика от способността на арктическата земна катерица да издържа на такива условия.
Това, което прави американският лалугер, е забележително. Той намалява активността, кръвния поток и температурата на мозъка си до толкова ниски нива, че активиране на невроните му почти спира, но невроните остават живи. Това е възможно благодарение на контролирани физиологични процеси, които изключват синаптичната комуникация и забавят метаболизма – състояние, наричано „вцепенение“.
Как мозъкът на лалугера оцелява след това, което би убило нашия
Тайната на тази дълбока реакция на вцепенение е екстремното намаляване на клетъчната активност, която иначе е жизненоважна за живота. Проучване, публикувано в Американския журнал по физиология, озаглавено „Влияние на околната температура върху метаболизма, дихателния коефициент и вцепенението при американския лалугер“, установява, че при хиберниращи бозайници процесът на синтез на протеини, който е жизненоважна клетъчна активност, е намален до почти неоткриваеми нива по време на хибернация. Това е част от цялостния план, който животното е разработило, за да защити клетките си при условия на ниска наличност на кислород и хранителни вещества.
Мозъкът на арктическата лалугерица преминава в „режим на ниска мощност“ поради намаляване на синтеза на протеини, кръвния поток и консумацията на кислород. Клетките на мозъка са защитени от токсичните ефекти на хипоксията (ниски нива на кислород) и енергийния дефицит, които биха довели до клетъчна смърт при хората.
Физиология на хибернацията: Повече от просто сън
По време на зимен сън тялото на лалугера претърпява екстремни промени:
- Телесната температура може да падне до −2,9 °C (26,8 °F), което е най-ниската известна температура при бозайници.
- Сърдечната честота, която беше 200 в минута, се забавя до по-малко от десет.
- Честотата на дишане се забавя значително, а скоростта на метаболизма спада до малка част от предишното си състояние.
Лалугерът е способен да оцелее за дълги периоди без храна или вода, като разчита на складираните си мазнини и като регулира баланса на течностите много внимателно. На всеки няколко седмици тя успява да затопли тялото си до нормални температури за кратък период, което изразходва по-голямата част от енергията, която катерицата е съхранявала по време на зимен сън. Смята се, че този процес помага за възстановяването на евентуални клетъчни увреждания.
Защо учените са толкова заинтересовани от този лалугер
Американският лалугер е нещо повече от просто интересен биологичен феномен; той е и моделен организъм за разбиране как животът може потенциално да оцелее при екстремен физиологичен стрес. Установено е, че начинът, по който лалугерът защитава мозъка си по време на вцепенение, има приложения в следните области:
- Инсулт и изследвания на невропротекцията
- Спешна медицина
- Дългосрочни космически пътувания
- Терапевтична хипотермия и запазване на органи
Изучаването на животни, които изпадат в екстремно вцепенение, може да помогне на учените да проучат начини за защита на човешкия мозък.
