Anabiosis: công nghệ đóng băng sâu người

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Tuần trước, một nhóm chuyên gia đã tập hợp tại New Orleans để nghiên cứu khả năng đưa con người vào chế độ ngủ đông "tổng hợp" hay còn gọi là ngủ đông nhân tạo. Các nhà khoa học đang học hỏi từ tự nhiên bằng cách cố gắng tìm hiểu các yếu tố dẫn đến ngủ đông và thức tỉnh ở động vật.

Không có bộ phim nào về du hành giữa các vì sao là hoàn chỉnh nếu không có giấc ngủ sâu. "Prometheus", "Passengers", ở khắp mọi nơi chúng ta thấy cách các nhân vật chính thức dậy trong cabin ngủ đông, khởi động lại sinh lý mỏng manh của họ từ trạng thái hóa thạch bất động lâu - thường kèm theo trào dịch dạ dày, tức là chỉ đơn giản là nôn mửa. Quá trình tàn bạo này dường như có ý nghĩa. Rốt cuộc, con người không ngủ đông một cách tự nhiên. Nhưng một nhóm nhỏ các nhà khoa học đang cố gắng vượt qua thiên nhiên và đưa con người vào trạng thái ngủ đông nhân tạo. Nếu thành công, chúng có thể trì hoãn sự lão hóa, chữa khỏi những căn bệnh nguy hiểm đến tính mạng, đưa chúng ta lên sao Hỏa và xa hơn nữa.

Tuần trước, một nhóm chuyên gia đã tập hợp tại New Orleans để nghiên cứu khả năng đưa con người vào chế độ ngủ đông "tổng hợp" hay còn gọi là ngủ đông nhân tạo. Các nhà khoa học đang học hỏi từ tự nhiên bằng cách cố gắng tìm hiểu các yếu tố dẫn đến ngủ đông và thức tỉnh ở động vật.

Bí ẩn của ngủ đông

Điều gì có thể tốt hơn cho việc vượt qua quãng thời gian dài của cuộc sống trong điều kiện lạnh giá và thiếu ăn đe dọa hơn là lao vào bất tỉnh sâu? Phần lớn thế giới động vật đi vào trạng thái ngủ đông: gấu, sóc, nhím. Ngay cả những người anh em họ linh trưởng của chúng ta, vượn cáo đuôi béo, tỷ lệ trao đổi chất cũng giảm mạnh khi nguồn cung cấp thức ăn cạn kiệt.

Làm thế nào về chúng tôi? Trong khi tiếc là chúng ta không ngủ đông, một số "phép màu" cho thấy rằng việc đông lạnh sâu trong quá trình trao đổi chất có thể giúp bảo tồn cơ thể bị tổn thương của chúng ta trong tương lai.

Năm 1999, nhà cảm xạ học Anna Bagenholm bị rơi qua lớp băng khi trượt tuyết ở Na Uy. Vào thời điểm được giải cứu, cô ấy đã nằm dưới lớp băng hơn 80 phút. Theo tất cả các tài khoản, về mặt lâm sàng, cô ấy đã chết - không còn hơi thở, không có mạch. Nhiệt độ cơ thể cô giảm xuống mức 13,7 độ C chưa từng có.

Tuy nhiên, khi các bác sĩ dần dần làm nóng máu, cơ thể cô từ từ lành lại. Ngày hôm sau, trái tim đã được khởi động lại. Mười hai ngày sau, cô ấy mở mắt. Cuối cùng cô ấy đã hồi phục hoàn toàn.

Trường hợp của Bagenholm chỉ là một manh mối cho thấy con người có khả năng phục hồi sau các trạng thái trao đổi chất bị suy giảm nghiêm trọng. Trong nhiều năm, các bác sĩ đã sử dụng liệu pháp hạ thân nhiệt, hạ nhiệt độ cơ thể vài độ trong vài ngày, để giúp bệnh nhân đối phó với chấn thương não hoặc chứng động kinh chậm phát triển.

Làm lạnh nhanh giúp bảo tồn các mô đã bị cắt khỏi nguồn cung cấp máu, vì vậy chúng cần ít oxy hơn để hoạt động. Ở Trung Quốc, các thí nghiệm đã khiến mọi người bị đông cứng trong tối đa hai tuần.

Lời hứa về liệu pháp hạ thân nhiệt lớn đến nỗi vào năm 2014 NASA đã hợp tác với SpaceWorks có trụ sở tại Atlanta và cung cấp tiền tài trợ cho một người ngủ đông du hành không gian cho sứ mệnh lên sao Hỏa.

Mặc dù một chuyến bay vào vũ trụ chỉ kéo dài vài tháng, việc đưa các phi hành gia vào trạng thái không hoạt động có thể làm giảm nghiêm trọng lượng thức ăn cần thiết và kích thước của môi trường sống. Ngủ gật cũng có thể ngăn ngừa các tác dụng phụ nghiêm trọng do trọng lực thấp, chẳng hạn như thay đổi lưu lượng dịch não tủy, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến thị lực. Kích thích cơ trực tiếp, nhờ sự hỗ trợ của nôi ngủ đông, có thể ngăn ngừa mất cơ trong điều kiện không trọng lực và trạng thái vô thức sâu có thể giảm thiểu các vấn đề tâm lý như buồn chán và cô đơn.

Dự án đã bước vào giai đoạn tài trợ thứ hai, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi cho nó. Một trong số đó gắn liền với việc tình trạng hạ thân nhiệt kéo dài gây ảnh hưởng khủng khiếp đến sức khỏe: có thể xuất hiện các cục máu đông, chảy máu, nhiễm trùng, suy gan. Trên một con tàu vũ trụ không có các thiết bị y tế tinh vi, những biến chứng này có thể gây tử vong.

Một vấn đề khác là chúng ta không hiểu đầy đủ điều gì sẽ xảy ra với con vật khi nó chuyển sang trạng thái ngủ đông. Đây là điều mà hội nghị New Orleans đang cố gắng giải quyết.

Cảm hứng sinh học

Tiến sĩ Hannah Carey từ Đại học Wisconsin tin rằng khả năng ngâm mình trong chế độ ngủ đông không phải trong y học mà là trong tự nhiên.

Carey nghiên cứu thói quen ngủ đông của sóc đất, một loài gặm nhấm nhỏ ăn tạp sống lang thang trên thảo nguyên Bắc Mỹ. Từ cuối tháng 9 đến tháng 5, sóc đất ngủ đông trong các hang dưới đất, sống sót qua mùa đông khắc nghiệt.

Một trong những quan sát gây tò mò của Carey là tỷ lệ trao đổi chất thấp không kéo dài suốt mùa đông. Động vật đang ngủ định kỳ thoát ra khỏi tiếng kêu trong nửa ngày, nhiệt độ cơ thể của chúng tăng lên mức bình thường. Tuy nhiên, động vật vẫn không ăn uống trong những giai đoạn này.

Các nhà khoa học thần kinh từ lâu đã tìm cách biên soạn một danh sách toàn diện về những lợi ích của giấc ngủ. Ví dụ, nghiên cứu cho thấy rằng giấc ngủ giúp não loại bỏ chất thải độc hại khỏi hệ thống bạch huyết và cho phép các khớp thần kinh của não "khởi động lại". Nếu bản thân chế độ ngủ đông dẫn đến tình trạng thiếu ngủ, thì giấc ngủ định kỳ có thể giúp giải quyết điều này không?

Chúng tôi chưa biết. Nhưng Carey tin rằng kết quả nghiên cứu trên động vật cho thấy trong việc tìm kiếm trạng thái ngủ đông của con người, nghiên cứu đặc điểm sinh học của những người ngủ đông tự nhiên sẽ mang lại nhiều kết quả hơn là áp dụng các phương pháp y tế dựa trên phương pháp hạ thân nhiệt, tức là hạ thân nhiệt.

Đắm mình nhân tạo trong giấc ngủ

Trong khi Carey và Vyazovsky đang khám phá cách ngủ đông giúp động vật khỏe mạnh, thì Tiến sĩ Matteo Serri thuộc Đại học Bologna ở Ý đã đi theo một con đường hơi khác: làm thế nào để gây tê nhân tạo ở động vật không ngủ đông?

Câu trả lời có thể nằm ở một nhóm nhỏ tế bào thần kinh trong vùng não raphe pallidus. Vì quá trình trao đổi chất chậm lại đáng kể trong quá trình ngủ đông, các cơ chế nội tiết tố và não có khả năng kích hoạt quá trình này.

Trở lại năm 2013, nhóm các nhà khoa học của ông là một trong những người đầu tiên đưa chuột vào trạng thái ngủ đông. Thông thường những con vật này không ngủ vào mùa đông. Họ được tiêm một chất hóa học vào raphe pallidus để ức chế hoạt động của tế bào thần kinh. Serry nói, những tế bào thần kinh này thường tham gia vào quá trình "bảo vệ điều hòa nhiệt độ khỏi cái lạnh", có nghĩa là chúng kích hoạt các phản ứng sinh học chống lại sự giảm nhiệt độ cơ thể.

Những con chuột sau đó được đặt trong một căn phòng tối, lạnh và được cho ăn một chế độ ăn giàu chất béo, được biết là làm giảm tỷ lệ trao đổi chất.

Việc tắt các tế bào thần kinh bảo vệ trong sáu giờ dẫn đến nhiệt độ trong não chuột giảm mạnh. Nhịp tim và huyết áp của họ cũng chậm lại và giảm xuống. Cuối cùng, mô hình của sóng não bắt đầu giống với mô hình của sóng của động vật trong trạng thái ngủ đông tự nhiên.

Điều thú vị nhất là khi các nhà khoa học ngừng "điều trị", những con chuột đã hồi phục - ngay ngày hôm sau chúng không có dấu hiệu bất thường.

Những nỗ lực trước đây để gây ra tiếng kêu ở động vật không ngủ đông đã thất bại, nhưng nghiên cứu này cho thấy rằng sự ức chế các tế bào thần kinh ở raphe pallidus là điều cần thiết để tạo ra trạng thái giống như tiếng kêu.

Nếu những kết quả này được xác nhận bằng ví dụ về các loài động vật có vú lớn hơn, thì việc chuyển sang chế độ ngủ đông ở người sẽ rất hợp lý. Serri và những người khác đang nghiên cứu để phân tích sâu hơn khả năng kiểm soát của não đối với chứng tê và cách hack nó để đưa não vào trạng thái ngủ đông.

Cái gì tiếp theo?

Việc đắm chìm một người trong trạng thái ngủ đông, ngủ đông, hoạt hình bị treo - hãy gọi đó là điều bạn muốn - vẫn còn xa vời với thực tế. Nhưng kết quả nghiên cứu đang dần hé lộ các yếu tố phân tử và tế bào thần kinh, về mặt lý thuyết, có thể cung cấp cho chúng ta trạng thái đóng băng sâu.