Wetenschap zoekt manier om mens in 'winterslaap' te brengen

Wetenschappers weten muizen en ratten in een staat van verdoving te brengen door gebruik te maken van ultrasone geluiden. Die staat van verminderde fysiologische activiteit wordt ’torpor’, een soort van winterslaap. Daarbij is sprake van een sterk verlaagde lichaamstemperatuur, hartslag, ademhaling en stofwisseling.

Ruimtevaartorganisaties als NASA en de European Space Agency (ESA) volgen de ontwikkelingen rond het activeren van een ‘winterslaap’ op de voet, omdat ze hopen die techniek ooit op mensen te kunnen toepassen voor lange ruimtereizen naar bijvoorbeeld Mars.

Om knaagdieren in die toestand te krijgen waarbij ze heel weinig energie gebruiken, worden ultrasone golven naar een specifieke plek in hun hersenen gestraald, staat in een onlangs in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Metabolism gepubliceerd onderzoek. 

“Als het ook succesvol kan worden toegepast mensen, biedt deze techniek veelbelovende mogelijkheden op medisch gebied, vooral bij levensbedreigende situaties als een beroerte of een hartaanval”, zegt onderzoeksleider Hong Chen, hoogleraar biomedical engineering aan de Washington University tegen Live Science.

"Astronauten kunnen mogelijk een soort helm gaan dragen die zich richt op de hypothalamus om in een torpor-toestand te geraken", legt ze uit.

Muizen en ratten met kleine helmpjes

Torpor is een toestand waarin het lijkt alsof de muizen en ratten gaan slapen, maar in feite reduceren ze hun metabolische activiteit drastisch, vaak in reactie op extreme omstandigheden.

Wetenschappers hebben eerder al ontdekt dat 'torpor' kan worden bereikt door chemische stoffen te injecteren in een specifiek deel van de hersenen dat ons centrale zenuwstelsel aanstuurt. Maar Chen en haar collega's wilden weten of het ook mogelijk was die staat op een non-invasieve manier tot stand te brengen, zonder dat de schedel fysiek schade lijdt. 

Muizen en ratten kregen een klein helmpje op en er werden ultrasone golven naar hun hersenen gestuurd. De knaagdieren kwamen daardoor in een soort van winterslaap terecht.  

^{Foto: Yang, Y., Yuan, J., Field, R.L. et al. Nat Metab 5, 789–803 (2023). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/}

Ongeveer een uur na de impulsen van het ultrasone geluid gingen de lichaamstemperatuur en het metabolisme van de muizen omlaag en kwamen ze in een toestand terecht die vergelijkbaar is met 'torpor' in de natuur.

De gemiddelde lichaamstemperatuur van de muizen daalde met 3,5 graden Celsius en hun hartslag en zuurstofopname daalden ook. Ook bij ratten daalde de lichaamstemperatuur, hoewel dat met 2 graden wel minder was. 

Het feit dat ook ratten deze staat kunnen bereiken is significant, omdat zij dat "van nature niet doen en daarmee lijkt het mogelijk dat vergelijkbare effecten bij mensen bereikt kunnen worden", schrijven de onderzoekers.  

Deze technologie kan in de toekomst mogelijk gebruikt worden voor ruimtereizen

^{Foto: SpaceWorks Enterprising}

Ruimtevaartorganisaties houden dit soort onderzoek nauwlettend in de gaten. Als mensen in een toestand van 'torpor' kunnen worden gebracht, zouden verre ruimtereizen veiliger en goedkoper kunnen worden. Dit zou vooral gelden voor lange vluchten zoals de 16 maanden die het duurt om op en neer te gaan naar Mars.

Een astronaut eet en drinkt zo'n 30 kilo aan voedsel en water per week en die consumptie kan met 75 procent worden teruggebracht als ze in een toestand van schijndood worden gebracht. Ook hebben de astronauten dan veel minder ruimte nodig en hoeven er geen speciale ruimtes voor hen te worden ingericht in de raket.

Dat alles bij elkaar scheelt tonnen aan gewicht en dat is cruciaal in de ruimtevaart waarbij elke kilo telt, blijkt onderzoek van de ESA uit 2019.

De toestand van 'torpor' brengt ook gezondheidsvoordelen met zich mee. Uit onderzoek blijkt dat astronauten minder spiermassa en botsterkte zouden verliezen en ook beschermd zouden zijn tegen de ergste gevolgen van kosmische straling. Ook zou het goed kunnen zijn voor de mentale gezondheid van astronauten, aangezien niemand weet wat er gebeurt met het menselijk brein, als mensen lang weg zijn van de aarde.

Zo'n soort winterslaap in de ruimte zal "lang niet zo extreem zijn als wat we in films zien", zei technologiedirecteur John Bradford van SpaceWorks Enterprises eerder al eens tegen CNET. Het bedrijf heeft in 2016 meerdere keren geld gekregen van NASA om een concept te ontwikkelen voor winterslaap in de ruimte. 

Bij Spaceworks zouden astronauten steeds veertien dagen in een staat van verdoving worden gebracht om daarna drie of vier dagen wakker te zijn. Op die manier is er altijd een astronaut actief die alle procedures in de gaten kan houden. 

Wetenschappers maken vorderingen, maar zijn er nog lang niet

^{Foto: Kaisa Siren/Lehtikuva/Reuters}

Een van de manieren om 'torpor' te bereiken is het drastisch verlagen van de lichaamstemperatuur. Chirurgen maken al gebruik van het concept van diepe onderkoeling en brengen de lichaamstemperatuur tijdens complexe hartoperaties terug tot onder de 35 graden. De bloedsomloop stopt dan tijdelijk, maar die toestand kan niet langer dan 20 tot 30 minuten duren. 

Andere onderzoeken, zoals het in dit artikel beschreven onderzoek van de Washington University, richten zich op het beïnvloeden van het verdovingsmechanisme in de hersenen. Uit eerdere onderzoeken blijkt dat de staat van 'torpor' kan worden bereikt met drugs, maar het voordeel van dit nieuwe onderzoek is dat het non-invasief gebeurt en preciezer en veiliger kan zijn. 

"Voor zover we weten heeft de homo sapiens geen specifieke eigenschappen die een winterslaap in de weg staan en ik denk dat die mogelijkheid er is", zegt slaapexpert Vladyslav Vyazovskiy van de Universiteit van Oxford van de BBC.

"Voor mij is het niet de vraag of we een toestand van winterslaap kunnen bereiken, maar hoe we dat moeten doen. Hoe 'weten' de neuronen in de hypothalamus dat het tijd is voor een winterslaap? Wie vertelt het hen? Dat is de echte vraag", zegt hij.

Maar het onderzoek wordt vooralsnog alleen gedaan bij dieren en er is nog een lange weg te gaan voordat tests met mensen mogelijk zijn.

"Er is meer onderzoek nodig om te bepalen of deze techniek ook veilig en geschikt is voor mensen", zei Chen tegen Live Science. 

LEES OOK: Dit gebeurt er met je brein tijdens een bijna-doodervaring: van levendige herinneringen tot spirituele ontmoetingen