Сниженная чувствительность терморегуляции — ключ к гибернации и оцепенению

Некоторые животные могут входить в состояние, похожее на спячку, — суточное оцепенение (daily torpor), которое снижает количество энергии, необходимое для выживания при отсутствии пищи. Используя комбинацию экспериментальных данных и математического моделирования, исследователи из Центра биологии развития RIKEN установили, что главным фактором, способствующим суточному оцепенению, является сниженная чувствительность системы терморегуляции. Исследование, опубликованное в Scientific Reports, показывает, что во время оцепенения компенсаторная реакция организма на понижение температуры гораздо слабее, чем в периоды нормальной активности.

• Суточное оцепенение — это состояние, при котором метаболизм резко снижается на период от нескольких минут до нескольких часов. Его можно индуцировать даже при температуре до 24°C, если мыши не получали пищу в течение 24 часов.
• Для автоматического обнаружения периодов оцепенения у мышей была разработана новая индивидуализированная система. Она использует суточные данные об активности конкретной мыши для моделирования ожидаемых уровней потребления кислорода и температуры тела. Затем оцепенение фиксируется, когда фактические измерения падают ниже этих ожидаемых значений.
• На регуляцию температуры тела во время гибернации влияют три фактора:
  1. Скорость потери тепла телом.
  2. Уставка (reference temperature) — целевая температура.
  3. Чувствительность (sensitivity) системы терморегуляции.
• Математическое моделирование показало, что ключевым фактором для суточного оцепенения является именно резкое снижение чувствительности системы теплопродукции. Во время оцепенения чувствительность падала примерно на 92%, в то время как уставка температуры снижалась лишь на ~10%.
• Авторы предполагают, что разница между суточным оцепенением и сезонной спячкой связана со скоростью входа и выхода из состояния. Поскольку мыши входят в оцепенение и выходят из него за часы, уставка температуры не может снизиться так сильно, как при долгой гибернации.

Значение исследования: Эти данные показывают, что механизмы регуляции теплопродукции у животных в оцепенении и спячке схожи, что оправдывает использование мышей в качестве модельных животных для изучения активного гипометаболизма.

Перспективы для медицины: Понимание механизмов гипометаболизма (резкого снижения потребления кислорода) может иметь значение для человека. В долгосрочной перспективе это может привести к созданию медицины следующего поколения на основе искусственного гипометаболизма, например, для упрощения общей анестезии, предотвращения обширных повреждений после инсульта или безопасного хранения тканей для трансплантации.