Hibernare

Această intrare sau secțiune despre fiziologie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Hibernarea este o afecțiune biologică în care funcțiile vitale sunt reduse la minimum, ritmul cardiac și respirația lentă, metabolismul este redus și temperatura corpului este redusă. Poate fi înțeleasă ca letargie la animale sau chiar ca hipotermie preventivă în medicină, chiar dacă temperaturile nu sunt niciodată atinse sub câteva grade peste zero. Este adesea folosit ca metodă de animație suspendată pentru oameni în science fiction.

Regatul animalelor

Macrofotografie a reginei de Vespula germanica în hibernare, găsită într-o nișă din interiorul unui copac căzut.

Hibernarea este un comportament caracteristic al unor mamifere și reptile care în timpul sezonului rece își reduc funcțiile vitale și rămân într-o stare de liniște . Pauză (stare în care procesele metabolice sunt extrem de încetinite) diferite tipuri de nevertebrate , dar și amfibieni , reptile și mamifere precum urși bruni , bursuci , marmote , mai ales iarna în regiunile reci sau temperate.

Adaptarea le permite acestor animale să supraviețuiască într-o stare de hibernare datorită concentrației ridicate de substanțe din sânge care împiedică înghețarea apei. Diferite substanțe, cum ar fi sărurile , ureea , acidul uric sau altele, împiedică cristalizarea apei prezente în plasma sanguină și citoplasma și astfel distrugerea membranelor celulare.

În acest timp se hrănesc cu rezerve de grăsime stocate în lunile de toamnă. Printre animalele care hibernează ne amintim de urși , ratoni , glyridae , lilieci , broaște țestoase din genul Testudo și alte reptile .

În timpul fazei letargice, temperatura corpului animalului este redusă ușor la unele specii (trecând de la 37 la 31 ° C la urși) până la chiar -2 ° C la alte specii. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că urșii nu sunt o adevărată hibernare.

Adăpostul animalelor care hibernează se numește, în general, vizuină .

Utilizări în medicină

În chirurgie , vorbim despre hipotermia preventivă pentru scăderea artificială a temperaturii corpului pacientului pentru a reduce procesele vitale în timpul anumitor intervenții chirurgicale, în acest caz chirurgie cardiacă și neurochirurgie și la unii pacienți care au suferit hipoxie cerebrală (de exemplu, după resuscitare cardiopulmonară). Temperaturile scăzute, dar peste punctul de îngheț sunt folosite pentru stocarea temporară a organelor pentru transplant.

Hibernarea azotului lichid (mai bine cunoscută sub numele de crioconservare sau crioconservare) este utilizată pentru depozitarea spermei și embrionilor umani. De fapt, din motive tehnice legate de viteza de îngheț și dezgheț, este imposibil să depozitați piese mai mari.

Primele ipoteze privind posibilitatea utilizării frigului pentru conservarea spermatozoizilor datează de la sfârșitul secolului al XVIII-lea . În a doua jumătate a secolului al XIX-lea , fiziologul Paolo Mantegazza s -a gândit la o bancă care să stocheze sperma soldaților care pleacă în război, propunându-i să o facă cu zăpadă și gheață. Primele experimente de îngheț datează din primele decenii ale secolului al XX-lea ; mult timp, interesul a rămas concentrat mai ales asupra conservării spermatozoizilor bovini în scopuri zootehnice . ^[1] Abia în 1960 americanul Jerome Sherman a început primele experimente de înghețare cu azot lichid. ^[2]

Crioconservare

Același subiect în detaliu: crioconservarea .

În numeroase povești de ficțiune , hibernarea - privită ca una dintre metodele posibile de animație suspendată - este un dispozitiv narativ important. Se presupune posibilitatea hibernării unei întregi persoane înainte de moartea creierului în cazul unei comi ireversibile sau evitarea morții din cauza unei boli incurabile, în așteptarea viitoarelor descoperiri științifice capabile să ofere o vindecare eficientă sau să experimenteze o a doua viață sau ca metodă unidirecțională de călătorie în timp către o epocă viitoare și (ipotetic) mai bună. Evident, pentru un fapt etic și juridic, doar crioconservarea cadavrelor este posibilă, prin urmare, prin exploatarea perioadei de timp care trece de la blocul bătăilor inimii la moartea creierului, înghețarea se realizează în speranța păstrării intacte a structurilor nervoase.

Potrivit susținătorilor crioconservării, ar trebui să fie posibil în viitor să se dezvolte o tehnologie capabilă să restabilească pe deplin funcțiile vitale ale corpurilor de hibernare. În această ipoteză speculativă, în momentul trezirii corpul ar recâștiga fizicul pe care îl avea înainte de conservare: adică timpul de îngheț nu ar provoca îmbătrânirea. Chiar dacă ar fi trecut zeci de ani, vârsta biologică a corpului ar fi rămas cea dinaintea somnului, la fel ca și speranța de viață .

Limite teoretice ale crioconservării

Corpul schimbă masa și energia cu exteriorul. Ca sistem deschis, nu este afectat de principiul creșterii entropiei care se menține în cele izolate. Acest principiu asociază vârsta sistemului cu entropia și exclude posibilitatea ca sistemul să revină la condițiile unei vârste mai tinere ( săgeata timpului ).

Cu toate acestea, hibernarea nu este capabilă să întinereze corpul și, prin urmare, să-și extindă viața (cu hibernare-întinerire a următoarei vârste biologice); nu crește durata de viață, care rămâne aceeași ca și posibil pentru corpul unui non-hibernat. În teorie, somnul criogenic ar întârzia îmbătrânirea fără a-l încetini și, dacă este utilizat în mod repetat, ne-ar permite să trăim în epoci diferite.

Ideea fundamentală din spatele hibernării este de a lua timp, sperând că atunci când este dezghețată, vor exista noi proceduri de clonare și nanotehnologii care permit regenerarea, înlocuirea și restructurarea țesuturilor vechi și a corpului aflat acum la un pas de moarte.

Trebuie avut în vedere faptul că carnea unui animal nu poate fi înghețată de mai multe ori, altfel țesuturile vor putrezi ; acest lucru ridică suspiciuni cu privire la posibilitatea hibernării unui corp la temperaturi criogene. De fapt, tehnologiile de hibernare folosesc sisteme de vitrificare și acest lucru evită evenimentele nocive rezultate din îngheț.

Unii compară în mod eronat timpii de stocare a organelor destinate transplantului cu organele de hibernare. Primele sunt plasate într-o soluție fiziologică și sunt în fapt vii chiar dacă sunt plasate la o temperatură scăzută, dar peste îngheț. Acestea din urmă sunt transfuzate mai întâi cu soluțiile vitrificante și apoi înghețate sub punctul de îngheț. În cazul transplanturilor de organe umane, vitrificarea nu este niciodată folosită, singurul experiment de succes din industrie a fost făcut de Alcor din Arizona cu un ficat de animal. ^{[ fără sursă ]}

Trebuie remarcat faptul că embrionii, în acest caz congelați în azot lichid la aproximativ -197 ° C (așa-numitele temperaturi criogenice), nu supraviețuiesc mai mult de 5 ani; după 5 ani nu mai sunt capabili să inducă sarcina dacă sunt implantate și sunt distruse. Cauza exactă a acestei degenerări nu este cunoscută și se presupune că în timp au loc reacții chimice de denaturare a proteinelor și ruperea lanțurilor ADN care, pe lângă o anumită acumulare, duc la moartea celulelor decongelate. Prin urmare, se presupune că aceleași organe din interiorul corpului în azot lichid nu pot dura ani sau secole. Speranța stă în tehnologia de restaurare moleculară.

Aerul este compus la o primă aproximare de 20% oxigen și 80% azot . La mai puțin de 200 de grade sub zero devine lichid și are proprietatea de a vitrifica rapid tot ce este scufundat în el. Dacă procesul de răcire este accelerat și se utilizează substanțe antigel, se poate realiza vitrificarea întregului corp.

Până în prezent, nu s-a făcut nicio încercare de a reînvia un corp de hibernare. În momentul de față nu există nicio știre documentată în literatura științifică a unui corp hibernat care a revenit la viață, deoarece toate corpurile hibernate aparțin până acum oamenilor morți legal și dezghețarea lor ar însemna pur și simplu să-i condamnăm definitiv.

Temperatura unui corp este asigurată de mișcarea atomilor și a moleculelor; energia cinetică care derivă din mișcare este responsabilă de reacțiile chimice care au loc. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât reacțiile sunt mai rapide. Chiar dacă temperatura caracterizată de absența totală a mișcării (zero absolut) nu este accesibilă din punct de vedere fizic, înghețarea la temperaturi foarte scăzute (obținută folosind, de exemplu, azot lichid) permite minimizarea energiei sistemului și atingerea unei condiții în care reacțiile chimice sunt foarte lente. Un sistem de acest tip poate rămâne, în teorie, suspendat pentru perioade lungi de timp, fără modificări chimice substanțiale.

Limitele tehnologiei

Mulți compară înghețarea cu vitrificarea, în caz de înghețare există o limită de 24 de ore la prima decongelare și 1 cu numărul de hibernări, sub pedeapsa putrefacției în momentul dezghețului. Toate acestea se datorează acțiunii bacteriilor prezente în interiorul țesuturilor care sunt întărite și mai reactive odată decongelate. Hibernarea post mortem se bazează pe vitrificare, un proces în care nu există îngheț, dar se creează o situație în care fluidele corpului adăugate substanțelor antigel se condensează și se vitrifică fără a cristaliza și, prin urmare, fără a deteriora pereții celulari.

Cu tehnici de îngheț, celulele mor înainte de hibernare. Când sunt vitrificate, pe de altă parte, acestea rămân suspendate și, odată dezghețate, sunt funcționale; un ficat animal hibernant a fost transplantat fără efecte secundare. ^{[ Citație necesară ]} Practic un sistem deschis precum corpul uman schimbă energie și mai vechi. Scufundarea în azot lichid înseamnă transformarea acestuia într-un sistem izolat care, totuși, este din nou supus unei creșteri a entropiei . Congelarea servește la minimizarea acestei creșteri a entropiei. Hibernarea extinde durata de viață a celulei în sensul că îmbătrânirea celulară care are loc în 5-10 ani de hibernare ar avea loc în mult mai puțin timp în viața „la temperatura camerei”. Hibernarea nu mărește viața reziduală a celulei după decongelare.

Procesul de crioconservare ar trebui să fie „fără memorie” , astfel încât persoana, după „dezgheț”, nu ar trebui să îmbătrânească mai repede decât altele. Această ipoteză nu a fost în mod clar niciodată capabilă să se verifice experimental.

În esență, crioconservarea ar încetini îmbătrânirea, fără a o opri și, după decongelare, nu ar altera procesele biologice ale individului.

Limitările teoretice ale tehnologiei ar trebui să fie distinse de cele ale tehnicilor actuale.

Limitările reale ale tehnicii sunt incapacitatea de a repara leziunile inevitabile care apar într-un anumit număr de celule datorită chiar evenimentelor de cristalizare minime, incapacității de a dezgheța corpul în mod omogen și brusc. Se crede că tehnologiile pentru a depăși aceste probleme pot fi dezvoltate în câteva decenii pornind de la unele aplicații deja existente, dar prea grele pentru a fi aplicate în mod eficient.

Crioconservare postmortem

Crioconservarea post mortem se bazează pe alte tehnologii decât cele de conservare a organelor pentru transplant. Organele sunt plasate în soluții fiziologice la temperaturi scăzute, dar nu sub punctul de îngheț și, pe măsură ce trece timpul, suferă procese de degenerare datorită reacției celulelor la lipsa de oxigen. Există studii inovatoare care au arătat că un blocaj brusc de aprovizionare cu oxigen a celulelor le pune în stand-by, spre deosebire de situația de îndepărtare a sângelui care, în schimb, determină celulele să se opună scăderii oxigenării ^{[ este necesară citarea ]} . Există câteva obstacole fundamentale legate de crioconservarea post mortem și sunt exact:

1. ruperea membranelor celulare de către cristalele de gheață care ar trebui să se formeze;
2. formarea rupturilor corpului de hibernare supus tensiunii diferitelor țesuturi care au coeficienți de expansiune diferiți;
3. dificultatea de a dezgheța simultan toate părțile corpului.

În cele din urmă, cercetarea se concentrează în principal pe primele două probleme, dintre care prima este aproape complet rezolvată datorită unei soluții vitrificante care înlocuiește sângele cu antioxidanți și substanțe care împiedică formarea cristalelor de gheață. Al doilea este deocamdată abordat a posteriori prin identificarea acestor pauze datorită microfoanelor particulare care rămân ascultate. Se speră că tehnologiile care pot duce la dezghețarea corpului și ulterior la repararea părților deteriorate și corupte sunt suficient de puternice pentru a putea lucra la deteriorarea inevitabilă a țesuturilor nervoase și cauzele morții.

Cele mai importante organizații din lume care se ocupă de studii și cercetări în domeniul hibernării umane sunt: ​​Institutul Cryonics cu sediul în Michigan (SUA) organizație non-profit condusă de Ben Best, Fundația Alcor din Scottsdale, Arizona condusă de Max Mai mult; în Europa, printre organizațiile de frunte din sectorul hibernării umane, găsim engleza Cryonics-uk condusă de Tim Gibson și, în Italia, Cryonics-it în regia lui Daniele Chirico.

Notă

Elemente conexe

• Animatie suspendata
• Pauză
• Crioconservare
• Aestivarea

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lemă « hibernare »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre hibernare

linkuri externe

• ( EN ) Hibernation , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul de biologie

Portalul Medicinii

Portal de știință și tehnologie