Jesen je u punom zamahu. U prirodi je to vrijeme kad životinje koje spavaju zimski san usporavaju ritam i spremaju se za hibernaciju: hrane se obilnije, nakupljaju masnoće, metabolizam im opada, a tijelo se priprema za zimsko mirovanje.

Ta životinjska hibernacija je nama ljudima oduvijek bila obilježena nekom tajnovitom duhovnošću iskonske logike i neminovnosti prirodnog ciklusa – čudesan proces u kojem organizam prelazi na način preživljavanja koji štedi energiju. Tim više što se - premda mi ljudi ne spavamo zimski san - u ovo doba godine i u nama nešto mijenja: postajemo tjelesno i mentalno smireniji i sporiji, pomalo tromiji i daleko skloniji zatvorenim prostorima, "jačoj" prehrani i toplini udobnog pokrivača nego fizičkoj aktivnosti.

Što se zapravo događa u hibernaciji

Biološki gledano, naš metabolizam doista lagano usporava tijekom zime. A što kad bismo mogli otići korak dalje: ne samo usporiti, nego se zaista isključiti i prespavati, pa se nakon zime probuditi tamo gdje smo stali i zaspali, poput računala na hibernaciji?

Ideja o ljudskoj hibernaciji nije nova. Od SF filmova do svemirskih misija, oduvijek nas je privlačila pomisao da bi ljudi mogli „prespavati“ teška razdoblja – dug let do Marsa, kritične faze bolesti, pa čak i poneku krizu civilizacije. No, što znanost stvarno kaže o mogućnosti da se čovjek dovede u stanje dubokog zimskog sna?

Kad kažemo „hibernacija“, prvo pomislimo na zimski san medvjeda, ježa, puha ili vjeverice sklupčanih u brlogu. Možda ćemo se dosjetiti da i žabe, zmije, kornjače, šišmiši i gušteri hiberniraju. No, nije svaki „zimski san“ ujedno i hibernacija, jer  u znanstvenom su smislu stvari ipak malo distinktivnije: postoji razlika između torpora i hibernacije. Torpor je privremeno, kratkotrajno usporavanje metabolizma – dan, dva – dok hibernacija traje tjednima ili mjesecima. Tijekom torpora tijelo drastično smanjuje temperaturu, puls i disanje, a mozak prelazi u režim minimalne potrošnje energije.

Za mnoge životinjske vrste torpor je način preživljavanja. Primjerice, arktičke podzemne vjeverice (ground squirrel, Urocitellus parryii), mogu spustiti svoju tjelesnu temperaturu čak ispod celzijusovske nule, pri čemu im otkucaji srca padnu i na manje od jednog u minuti. Kad se EEG-om snima njihova moždana aktivnost tijekom torpora, čini se kao da su u dubokoj, vegetirajućoj komi. Ipak, to nije nepovratna smrt, već sofisticirano stanje metaboličke štednje koje se održava kroz precizan niz hormonskih i živčanih signala, a potpuno je reverzibilno: vjeverice s prvim zatopljavanjem ožive i ubrzo veselo jurcaju po netom otopljenoj tundri Arktika.

Velike životinje poput medvjeda ipak koriste nešto blažu verziju hibernacije. Njihova se tjelesna temperatura spušta za samo nekoliko stupnjeva, ali im se pritom metabolizam smanjuje i do 75 posto. Ne jedu, ne piju, ne mokre ni ne defeciraju mjesecima, a kad se probude, nemaju značajan gubitak mišićne mase ni oštećenje organa, što je biološki podvig o kojem ljudska medicina još uvijek može samo sanjati.

Evolucijska sjećanja: jesmo li to već znali?

Zanimljivo je da naši geni i dalje nose tragove zajedničkog naslijeđa sa životinjama-hibernatorima. Brojna istraživanja pokazuju kako mnogi sisavci, uključujući i čovjeka, posjeduju svojevrsni „genetski hardver“ potreban za stanje torpora, ali nam nedostaje „softverski kod“ koji bi ga mogao pokrenuti. Drugim riječima, biološki alati postoje – samo ih više ne znamo upotrijebiti.

Ta se pretpostavka podupire nekim intrigantnim, pomalo kontroverznim dokazima iz paleontologije. Analize fosilnih kostiju hominida (ljudskih predaka) iz španjolskog nalazišta Sima de los Huesos upućuju na moguće znakove sezonskog usporavanja rasta, slične onima u današnjih hibernatora. Premda dio stručnjaka smatra da takve promjene mogu biti posljedica pothranjenosti ili bolesti, a ne zimskog sna, sama ideja da su rani hominidi možda znali „prigušiti“ metabolizam dovoljno da prežive teške zime otvara fascinantnu perspektivu: hibernacija za Homo sapiensa možda nije nova sposobnost koju treba razviti, nego stara vještina koju smo s vremenom „zaboravili“, ali nam je ostala zapisana u genskom kodu.

Možda zato i danas u sebi nosimo to smirujuće, tromo zimsko zatišje – onu tihu potrebu za povlačenjem, usporavanjem, pa i izoliranjem od ostatka svijeta. Možda to nije samo manjak sunca i vitamina D, nego duboko, naslijeđeno sjećanje tijela koje bi se, kada bi moglo, rado sklonilo od hladnoće dok proljeće ne pokuca na prozor.

Medicinska hibernacija – kako liječnici „usporavaju“ ljude

Ipak, sudeći po onome što znamo i što podupire suvremena znanstvena spoznaja, mi ljudi - ovakvi kakvi smo sada - nismo sposobni za hibernaciju. Prije svega, konkretnu prepreku stvara činjenica da ljudski mozak neprestano troši 20 posto ukupne energije cijelog organizma, pa svako smanjenje dotoka kisika ili glukoze - najblaže rečeno - uopće ne podnosimo dobro: čak i relativno kratka razdoblja jače hipotermije mogu izazvati trajna oštećenja neurona, poremećaj svijesti, a i kolaps funkcije većine vitalnih organa.

No, premda nismo sposobni sami od sebe ući u hibernaciju, medicina već desetljećima koristi neke njezine principe. Terapijska hipotermija primjenjuje se kod bolesnika nakon srčanog zastoja, moždanog krvarenja ili teških trauma: pacijentovo tijelo hladimo na 32–34 °C kako bi se usporio metabolizam i spriječilo (ili barem ublažilo) trajno oštećenje mozga. Tijekom nekih neurokirurških operacija pacijente se čak dovodi u stanje gotovo potpunog zastoja cirkulacije: krv se hladi u sustavu vantjelesnog krvotoka, živčani sustav i tijelo se anestezijskim lijekovima duboko uspavaju, pa mozak u stanju hipotermijsko-farmakološke kome čeka da kirurg završi svoj osjetljivi, precizni posao.

Poznato je i da reanimacijski postupci mogu biti uspješni i nakon znatno duljeg vremena bez otkucaja srca kod osoba koje su u trenutku srčanog zastoja bile hipotermične – primjerice, kod utopljenika ili ljudi koji su se smrzli u planinama i lavinama – nego u normotermičnih (normalno temperiranih) pacijenata. Tijelo umjerenim hlađenjem, naizgled paradoksalno, dobiva na vremenu za oporavak.

Sličan se princip primjenjuje i u neonatologiji, kod izrazito nezrele novorođenčadi s rizikom od hipoksičko–ishemijskog oštećenja mozga. Blago snižavanje tjelesne temperature kod nedonoščadi smanjuje metaboličke potrebe neurona i pomaže u prevenciji trajnih neuroloških oštećenja.

Takva stanja, naravno, nisu prava hibernacija. Ljudsko se tijelo mora tijekom takvog stanja stalno medicinski nadzirati, hraniti pažljivo uravnoteženim infuzijama hranjivih tvari i zaštititi od infekcija. No, princip je sličan: kad se potrošnja energije smanji, stanice su sposobne duže preživljavati bez kisika.

Treba istaknuti kako se u metode hibernacije ne ubraja i krionika („zamrzavanje“), jer su to dva posve različita pojma i postupka: premda na prvi pogled nalikuju jer se u oba slučaja radi o hlađenju tijela, to je ujedno i jedini njihov zajednički nazivnik -- hibernacija i torpor su privremeno, reverzibilno usporavanje metabolizma živog organizma, a krionika je spekulativna, rubno znanstvena (i još uvijek posve neuspješna) metoda dubokog smrzavanja tijela nakon smrti, u nadi da će ga neka buduća - još neotkrivena - napredna tehnologija moći odmrznuti bez oštećenja, oživjeti i izliječiti.

Hibernacija u svemiru: znanstvena fantastika s ozbiljnim planom

Uostalom i NASA i ESA (Europska svemirska agencija) ozbiljno razmatraju primjenu hibernacije (točnije - torpora) u dugotrajnim svemirskim misijama. Prema sadašnjim inženjerskim proračunima i tehnološkim predviđanjima, putovanje do Marsa trajalo bi oko 18 mjeseci. Astronauti bi tijekom tog vremena bili izloženi zračenju, stresu, gubitku mišićne mase, osteoporozi, imunosnoj slabosti i psihološkoj iscrpljenosti. No, ako bi ih se moglo dovesti u stanje nalik hibernaciji, tada bi trošili manje kisika, hrane i vode, a usporenje metabolizma bi njihova tijela učinilo otpornijima na oštećenja i zračenje.

Osim očite uštede resursa, takav torpor bi omogućio smanjenje rizika od depresije, nesanice i sukoba unutar posade, a sama letjelica mogla bi biti manja, jer bi zahtijevala manje prostora za životne aktivnosti.

Premda sve ovo zvuči kao izvadak iz scenarija za nastavak nekog od znanstvenofantastičnih filmskih hitova, prve realne probe već su u tijeku: znanstvenici su korištenjem ultrazvučne stimulacije uspjeli aktivirati dijelove mozga koji kontroliraju termoregulaciju i izazvati stanje torpora kod vrsta koje inače ne hiberniraju -- za sada na miševima i štakorima.  

Dodatno se istražuju farmakološki načini izazivanja torpora korištenjem tvari koje smanjuju neuronsku aktivnost u hipotalamusu i reguliraju rad smeđeg masnog tkiva koje stvara toplinu. U laboratorijima se danas ispituju molekule i neuropeptidi koji bi mogli kontrolirano „ugasiti“ određene dijelove mozga odgovorne za termoregulaciju, imitirajući prirodni torpor kod životinja. Europska svemirska agencija razmatra i upotrebu umjetne gravitacije i rotacijskih kapsula koje bi pomogle u održavanju vitalnih funkcija tijekom astronautskog „svemirskog sna“.

Uspiju li se te metode jednom primijeniti na ljude, astronauti bi u teoriji mogli „prespavati“ velik dio puta, probuditi se pred Marsom, a tijelo bi im bilo gotovo nepromijenjeno. Znanstvenici predviđaju da bi kontrolirani torpor mogao trajati od nekoliko dana do nekoliko mjeseci, uz povremena buđenja radi kontrole vitalnih parametara i smanjenja rizika od atrofije. Ako bismo doista savladali taj proces, hibernacija bi mogla postati ključna karika ne samo u osvajanju svemira nego i u medicini dugog preživljavanja.

Kako bi izgledala ljudska hibernacija

Kad bi se razvila tehnologija sigurnog ulaska i izlaska iz hibernacije, ona bi vjerojatno izgledala više kao kombinacija duboke anestezije, hipotermije i metaboličkog usporavanja. Tijelo bi se postupno hladilo, najprije nekoliko stupnjeva kako bi se aktivirale fiziološke reakcije slične torporu, a zatim do točke kad vitalne funkcije ostaju tek minimalno aktivne. Disanje i rad srca održavali bi se pomoću sofisticiranih aparata koji nadziru razine kisika i ugljičnog dioksida, a tijelo bi bilo hranjeno infuzijama s točno određenim omjerom hranjivih tvari, elektrolita i proteina potrebnih za očuvanje tkiva. Okruženje bi moralo biti gotovo aseptično, s kontroliranom vlagom i tlakom, jer bi imunosni sustav u takvom stanju bio znatno usporen.

Povremena „mikrobuđenja“ – kakva se javljaju i kod životinja u hibernaciji i torporu – bila bi nužna kako bi se spriječile degenerativne promjene, aktivirali mišići i potaknuo rad cirkulacije. U tim bi trenucima tijelo lagano podizalo temperaturu, možda i uz pomoć vanjskog elektromišićnog stimuliranja, a zatim bi se ponovno vraćalo u stanje duboke štednje energije.

Zvuči složeno, ali prednosti bi mogle biti goleme. Zamislimo, primjerice, da se teški pacijent s ozbiljnim oštećenjem organa može „uspavati“ dok čeka transplantat: njegovi bi organi ostali stabilni, a tkiva neoštećena. Ili da se teške ozljede, primjerice nakon prometne nesreće, liječe u stanju kontrolirane hibernacije, dok se tijelo spontano regenerira i smanjuje upalni odgovor.

U budućnosti bi se ovakvi postupci mogli kombinirati s regenerativnim terapijama, matičnim stanicama ili nanobotima koji bi tijekom hibernacije popravljali mikroskopska oštećenja tkiva. Još futurističkije: putovanje do udaljenih planeta postalo bi izvedivo bez beskrajnog čekanja, jer bi astronauti većinu puta proveli u stanju kontroliranog mirovanja, kao sjemenke biljaka koje čekaju dok ne dođe proljeće.

Biološki paradoksi i nepoznanice

Ipak, i dalje ne znamo kako životinje uspijevaju izvesti čudo hibernacije bez trajne štete po organizam. Kad se medvjed probudi, on je mršaviji jer je potrošio unaprijed nagomilanu masnoću, ali gotovo da nije izgubio mišićnu masu; nema propadanja kostiju ni atrofije organa. Kod ljudi bi, nakon samo nekoliko tjedana nepokretnosti, došlo do ozbiljnih degeneracija – mišićna vlakna bi propadala, gustoća kostiju bi se smanjivala, a krvotok bi postao sklon stvaranju ugrušaka. Ključ leži u posebnoj biokemiji životinja-hibernatora, u sposobnosti njihovih stanica da smanje oksidativni stres, recikliraju oštećene proteine, očuvaju mišićne strukture i spriječe nakupljanje toksičnih nusprodukata metabolizma.

U hiberniranih životinja opaženo je da im se sastav krvi i funkcija bubrega gotovo ne mijenjaju unatoč višemjesečnoj neaktivnosti. Njihove stanice koriste alternativne energetske putove i mijenjaju ekspresiju gena koji kontroliraju razgradnju proteina i lipida. Neke životinjske vrste stvaraju prirodne „antifriz-proteine“ koji sprečavaju stvaranje kristala leda unutar stanica, dok druge aktiviraju mehanizme samočišćenja – autofagiju – kako bi uklonile oštećene organele i spriječile upalu. Fascinantno je da se kod nekih sisavaca tijekom hibernacije privremeno isključe upalni procesi i reakcije imunosnog sustava, a potom ponovno aktiviraju bez ikakvih posljedica.

Neki istraživači smatraju da bismo mogli „posuditi“ te mehanizme i prenijeti ih u kliničku praksu. Ako otkrijemo koji geni i proteini omogućuju staničnu zaštitu tijekom hibernacije, možda ćemo jednog dana imati lijekove koji čine isto – samo bez stvarnog uspavljivanja. Već postoje eksperimenti s molekulama koje oponašaju učinke hibernacije na mitohondrijima ili smanjuju oksidativni stres na način sličan prirodnim hibernatorima. To bi, barem teoretski, moglo otvoriti put prema terapijama koje bi zaštitile tijelo tijekom duge anestezije, svemirskog putovanja ili kritične bolesti – svojevrsna farmakološka hibernacija koja bi nas naučila kako da se privremeno isključimo, a ipak ostanemo živi.

Cijena zimskog sna

Naravno, hibernacija ima i svoje rizike. Dugotrajno snižavanje temperature može dovesti do oštećenja mozga i srca, poremećaja elektrolita, infekcija i psiholoških posljedica. Ljudi nisu dizajnirani za tako drastične promjene fiziologije. Čak i kad bi se tehnologija usavršila, pitanje je kako bi se mozak nosio s mjesecima bez sna, bez svjesne aktivnosti, u tišini i tami.

Znanstvenici su stoga oprezni. Iako su uspjeli izazvati torpor kod životinja koje inače ne hiberniraju, prelazak na ljudski model zahtijevao bi rješavanje niza etičkih i medicinskih prepreka. Ipak, ideja da bi se čovjek mogao „ugasiti“ na neko vrijeme ostaje fascinantna – i sve manje nestvarna.

Ako NASA i ESA uspiju pretvoriti hibernaciju u stvarnost, prva primjena vjerojatno će biti upravo u svemirskim misijama. Budući astronauti mogli bi provoditi mjesece u stanju metaboličkog mirovanja, a njihovi bi brodovi bili poput tihih lebdećih bolnica. Hibernacija bi imala i psihološku korist – manje izolacije, manje dosade, manji rizik od sukoba u skučenom prostoru.

Ali možda je pitanje i dublje. Ako jednog dana zaista naučimo hibernirati, nećemo li time i doslovno premostiti granicu između života i mirovanja? Hoće li zimski san postati luksuzni odmor od stvarnosti za one koji si ga mogu priuštiti?

U cijeloj priči o hibernaciji, medvjedi su nam i dalje najbliži modeli. Slične su veličine i metabolizma, iako mnogo uspješniji u održavanju mišića i kostiju bez kretanja. „Medvjedi su savršeni model za proučavanje ljudske hibernacije – oni su upravo ono što bismo željeli imitirati“, rekla je znanstvenica Kelly Drew sa Sveučilišta Aljaska. Možda nas baš ta sličnost i gura da se zapitamo: što ako se jednog kasnojesenskog dana doista uspijemo isključiti kao i oni – smireno, s povjerenjem da ćemo se nekako s proljeća probuditi odmorni i spremni za novi životni ciklus?

Možda to i nije tako loša ideja.

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova u tiskanom i online-izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih i old-school grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}