Некоторые животные могут впадать в состояние, похожее на спячку, называемое ежедневным оцепенением, которое снижает количество энергии, необходимой для выживания, когда пища недоступна. Используя комбинацию экспериментальных данных и математического моделирования, исследователи из Центра биологии развития RIKEN определили, что самым большим фактором, способствующим ежедневному оцепенению, является снижение чувствительности системы терморегуляции. Опубликованное в Scientific Reports исследование показывает, что во время дневного оцепенения компенсаторная реакция организма на пониженную температуру намного меньше, чем в обычные активные периоды.
В зависимости от условий окружающей среды и наличия пищи многие животные могут замедлять свой метаболизм для экономии энергии. У некоторых животных этот гипометаболизм принимает форму сезонной спячки, которая может длиться от нескольких недель до месяцев. Возможно, менее известно, что другие животные могут входить в состояние, называемое дневным оцепенением, при котором метаболизм резко сокращается с нескольких минут до нескольких часов.
«В то время как спячка ассоциируется с зимним сезоном и низкими температурами, - отмечает первый автор Генширо Сунагава, - мы были удивлены, обнаружив, что случаи ежедневного оцепенения могут быть вызваны при температурах до 24°C (75°C). F), при условии, что мыши не получали пищу в течение 24 часов."
Многие исследователи считают, что механизмы, лежащие в основе гибернации и дневного оцепенения, в некоторой степени пересекаются, но, в частности, дневное оцепенение до сих пор недостаточно изучено, поскольку доступное время 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 в течение одного дня, для моделирования ожидаемых уровней потребления кислорода и температуры тела, когда мышь полностью активна. Затем ученые могли обнаруживать случаи ежедневного оцепенения в последующие дни, когда фактические измерения падали ниже этих ожидаемых значений. Эта новая индивидуализированная система превзошла другие методы и преодолевает трудности, возникающие из-за различий между особями и видами.
Ученые сходятся во мнении, что на регуляцию 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 кондиционированием воздуха в вашем доме, когда температура тела становится слишком низкой, отрицательная обратная связь говорит телу повысить температуру. Однако, если чувствительность системы снижена, подобное падение температуры не вызовет срабатывания, и температура продолжит падать.
Было показано, что референтная температура и терморегуляторная чувствительность существенно снижаются в спящем режиме. Напротив, Сунагава использовал другую математическую модель, чтобы показать, что основным фактором, влияющим на суточное оцепенение, является пониженная чувствительность системы выработки тепла.
В то время как референсная температура была всего на 10% ниже во время оцепенения, чувствительность системы упала примерно на 92%. Авторы предполагают, что разница между дневным оцепенением и гибернацией, вероятно, связана со скоростью, с которой животные должны входить в разные состояния и выходить из них. Поскольку мыши входят в состояние дневного оцепенения 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 в области гипометаболизма, потому что они показывают, что вялые животные имеют сходные 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 человека. Как объясняет Сунагава, «в долгосрочной перспективе это небольшое исследование станет большим первым шагом для медицины гипометаболизма следующего поколения. Упрощение общей анестезии и предотвращение чрезмерных повреждений после инсульта - легко вообразимые приложения искусственного гипометаболизма., когда регенеративная медицина станет реальностью, она поможет безопасно и эффективно хранить ткани перед трансплантацией».