В зависимости от условий окружающей среды и наличия пищи многие животные могут замедлять метаболизм для экономии энергии. У некоторых животных этот гипометаболизм принимает форму сезонной спячки, которая может длиться от недель до месяцев. Возможно, менее известно, что другие животные могут входить в состояние, называемое ежедневным оцепенением, при котором метаболизм резко снижается с нескольких минут до нескольких часов.
«Хотя спячка связана с зимним сезоном и холодными температурами, — отмечает первый автор Генширо Сунагава, — мы были удивлены, обнаружив, что случаи ежедневного оцепенения могут быть вызваны при температурах до 24 ° C (75 ° F), если мыши не получали еды в течение 24 часов ".Многие исследователи полагают, что механизмы, лежащие в основе гибернации и ежедневного оцепенения, в некоторой степени перекрываются, но, в частности, ежедневное оцепенение до сих пор не совсем понятно, поскольку время, доступное для проведения измерений, обычно очень мало.
Сунагава и руководитель группы Масайо Такахаши разработали систему, которая может автоматически регистрировать метаболическую активность и температуру тела мышей и определять периоды ежедневного оцепенения. В этом методе используются значения, полученные в результате собственных измерений мыши за один день, для моделирования ожидаемых уровней потребления кислорода и температуры тела, когда мышь полностью активна.
Затем ученые могли обнаружить случаи ежедневного оцепенения в течение последующих дней, когда фактические измерения упали ниже этих ожидаемых значений. Эта новая индивидуализированная система превосходит другие методы и преодолевает трудности, возникающие из-за различий между людьми и видами.Ученые сходятся во мнении, что на регулирование температуры тела во время спячки влияют три фактора. Первое — это легкость, с которой тело теряет тепло, второе — эталонная температура, а третье — чувствительность регулирования температуры.
Подобно тому, как термостат управляет кондиционером в вашем доме, когда температура тела становится слишком низкой, отрицательная обратная связь говорит организму о необходимости поднять температуру. Однако, если чувствительность системы снижена, подобное падение температуры не вызовет реакции, и температура будет продолжать падать.
Было показано, что как эталонная температура, так и терморегуляторная чувствительность существенно снижаются в спячке. Напротив, Сунагава использовал другую математическую модель, чтобы показать, что основным фактором, влияющим на ежедневное оцепенение, является пониженная чувствительность системы производства тепла.
В то время как эталонная температура во время оцепенения была ниже лишь примерно на 10%, чувствительность системы упала примерно на 92%. Авторы предполагают, что разница между ежедневным оцепенением и гибернацией, вероятно, связана со скоростью, с которой животные должны входить и выходить из разных состояний.
Поскольку мыши входят в ежедневное оцепенение и выходят из него в течение нескольких часов, эталонная температура не может упасть так сильно, как в спячке.По словам Сунагавы, «эти результаты помогут продвинуть исследования гипометаболизма, поскольку они показывают, что вялые животные имеют схожие с гибернаторами механизмы регуляции выработки тепла.
Это оправдывает исследование мышей в качестве модельных животных для активного гипометаболизма».Когда животные впадают в оцепенение, они значительно снижают потребление кислорода. Понимание того, как работает этот процесс, может иметь значение для медицины.
Как объясняет Сунагава, «в долгосрочной перспективе это небольшое исследование станет первым большим шагом для медицины гипометаболизма следующего поколения. Упрощение общей анестезии и предотвращение чрезмерных повреждений после инсульта — это легко представить себе применения искусственного гипометаболизма. , когда регенеративная медицина станет реальностью, она поможет безопасно и эффективно хранить ткани перед трансплантацией ».