С помощью звуковых волн ученые могут "заморозить" астронавтов, отправляющихся на Марс

Ученые облучили мозги мышей и крыс ультразвуком, что привело их в состояние, похожее на спячку, и исследователи полагают, что эта техника в будущем может быть использована для лечения людей в критическом состоянии или астронавтов, совершающих длительные космические путешествия.

Метод, который подразумевает облучение ультразвуком области мозга, отвечающей за контроль обмена веществ и температуры тела, позволил снизить среднюю температуру тела грызунов на 3.5 градуса Цельсия, а также замедлить их сердцебиение и уменьшить потребление кислорода.

Результаты этого исследования на животных могут дать ученым подсказки о том, как безопасно и безвредно вызывать состояние, похожее на спячку, у экипажей астронавтов. Исследователи опубликовали свои результаты в четверг (25 мая) в журнале Nature Metabolism.

Если в будущем мы докажем успешность этой технологии на людях, она обладает огромным потенциалом для медицинских применений, особенно в жизнеугрожающих состояниях, таких как инсульт и сердечные приступы. Введение состояния, похожего на спячку, у таких пациентов может увеличить окно лечения и повысить их шансы на выживание.

— ведущий автор исследования Хонг Чен, доцент биомедицинской инженерии в Вашингтонском университете в Сент-Луисе

Когда пищи становится мало или погода слишком холодной, некоторые млекопитающие, птицы, насекомые, амфибии и рыбы сохраняют свою энергию, переходя в состояние, известное как торпор. В этом состоянии их метаболизм резко снижается.

В торпоре температура тела животного и частота сердечных сокращений резко падают, кровь начинает циркулировать медленнее. В период спячки животные чередуют эпизоды торпора, замедляя свое сердцебиение с сотен ударов в минуту до считанных единиц; дышат раз в десять минут или реже; и снижают свою мозговую активность до полного исчезновения.

Такие глубокие физиологические изменения значительно снижают потребность животных в энергии. Поэтому неудивительно, что ученым давно интересно, можно ли передать эти преимущества людям в критических состояниях, или людям, отправляющимся в долгие и одинокие путешествия на далекие планеты.

В истории есть упоминания о потенциальной медицинской пользе гипотермии, опасного падения температуры тела, которые датируются временами Древнего Египта. Эффект был замечен главным врачом Наполеона Бароном де Ларре во время неудачного французского вторжения в Россию в 1812 году. Ларре охлаждал конечности льдом перед ампутацией и заметил, что раненые умирали быстрее у тепла костра, чем в холоде. В наше время врачи используют состояние гипотермии для увеличения шансов на выживание пациентов во время операций на сердце и мозге.

Однако остается открытым вопрос о том, можно ли безопасно и искусственно устроить спячку у людей, которые не впадают в состояние торпора естественным образом.

Чтобы исследовать эту возможность, ученые, стоящие за новым исследованием, создали ультразвуковую шапку, которую они изначально приклеили к головам мышей. После включения устройство направляло ультразвуковые волны в область мозга грызунов, называемую предоптической областью гипоталамуса, критически важной для контроля температуры тела и сна у многих животных и активации состояния спячки и торпора у животных.

После облучения ультразвуком мыши немедленно переходили в состояние, похожее на торпор, при котором их температура тела, частота сердечных сокращений и потребление кислорода резко снижались. Мыши становились вялыми и значительно сокращали потребление пищи.

Повторяя облучение ультразвуком каждый раз, когда температура тела мышей повышалась выше целевого уровня, ученые смогли удерживать мышей в этих состояниях, похожих на торпор, в течение 24 часов, не замечая при этом никаких признаков травмы или дискомфорта. Когда ультразвуковая шапка выключалась, нормальная температура тела мышей и уровень активности восстанавливались менее чем за 90 минут.

Повторив свой эксперимент с 12 крысами, ученые обнаружили, что устройство также приводит к снижению температуры тела крыс, хотя и более незначительно — на 2 градуса. Это, по мнению авторов исследования, означает, что шапка все равно может быть эффективной на млекопитающих, которые по природе не впадают в состояние торпора — включая людей.

Дальнейшие исследования все еще необходимы для определения безопасности и осуществимости этого подхода у людей. Мы можем представить астронавтов, надевающих шлемоподобное устройство, предназначенное для воздействия на область гипоталамуса для вызова состояния, похожего на сон.

Однако перед тем, как устройства для вызова спячки с помощью ультразвука могут быть использованы для продления операций, или во время длительных космических путешествий, предстоит провести еще много испытаний.