Astronauții care hibernează nu s-ar plictisi, nu s-ar stresa sau nu s-ar simți singuri, iar pentru a-i menține în formă sau a-i distra, ar fi nevoie de mai puțin timp și spațiu.

Suntem în anul 2039, iar tu ești un astronaut în drum spre Marte. Ați parcurs doar trei luni din călătoria de opt luni și deja corpul dumneavoastră se confruntă cu un atac de radiații din spațiul cosmic. În condiții de gravitație zero, oasele și mușchii tăi riscă să se deterioreze.

Totuși, nu vă faceți griji, deoarece sunteți pe cale să intrați în cabina dumneavoastră privată de stază. Înconjurat înăuntru, vei dormi fericit orele și zilele până când vei ieși proaspăt și întinerit la destinație.

Pentru mult timp un tropar al poveștilor științifico-fantastice, unii oameni de știință cred că hibernarea umană în imensitatea spațiului ar putea fi posibilă într-o zi.

Dacă ar fi așa, ar fi un avantaj pentru explorarea spațială. Un singur astronaut consumă aproximativ 30 kg de hrană și apă pe zi. Înmulțiți această cantitate cu cele aproximativ 16 luni necesare pentru a călători până pe Marte și înapoi și veți obține o navă spațială destul de grea pentru tot acest suport de viață.

Pe de altă parte, astronauții care hibernează nu ar mânca sau bea prea mult și ar consuma un nivel minim de oxigen. Prin urmare, hibernarea ar putea economisi o sumă uriașă de bani pentru controlorii de misiuni, reducând cu 75% cantitatea de încărcătură alimentară necesară și cu până la o treime dimensiunea navei spațiale necesare.

Mai trebuie luați în considerare și factorii psihologici. Astronauții care hibernează nu s-ar plictisi, nu s-ar stresa sau nu s-ar simți singuri, iar pentru a-i menține în formă sau a-i distra, ar fi nevoie de mai puțin timp și spațiu.

"Există o incertitudine în ceea ce privește modul în care oamenii vor reacționa la efectul de a nu mai vedea Pământul ca pe o planetă apropiată pe fereastră și de a vedea doar întunericul de afară", spune Leopold Summerer, șeful echipei Advanced Concepts Team a Agenției Spațiale Europene (Esa), care urmărește noile tehnologii spațiale. "Stresul psihologic pe care acest lucru îl poate induce este o mică necunoscută".

De asemenea, hibernarea ar avea și beneficii pentru sănătate. Fără forța de gravitație, astronauții din spațiu se confruntă cu pierderea mușchilor și a densității osoase. Chiar și pe Stația Spațială Internațională, unde echipamentele de gimnastică de înaltă tehnologie sunt disponibile 24 de ore din 24, 7 zile din 7 și sunt respectate protocoale stricte de exerciții fizice, astronauții pierd până la 20% din masa musculară. Depășirea musculară ar fi o problemă și mai mare în cazul misiunilor pe Marte, deoarece nu ar exista echipaje de sprijin care să aștepte după o aterizare pe Planeta Roșie.

Hibernarea ar putea proteja împotriva unora dintre aceste riscuri. Animalele care hibernează intră într-o stare specială numită toropeală, prin care metabolismul lor încetinește, iar ritmul cardiac, respirația și temperatura corpului scad. Chiar și celulele care alcătuiesc corpul animalului încetează să se dividă și să moară. Torporul, care este diferit de somn, permite animalelor să își păstreze energia în perioadele de lipsă de hrană. Cu toate acestea, pare să protejeze și împotriva unora dintre efectele nocive ale călătoriei în spațiu. De exemplu, veverițele au demonstrat rezistență la niveluri ridicate de radiații în timp ce hibernează, probabil pentru că celulele care hibernează se replică la rate mult mai mici și, prin urmare, sunt în mod natural mai puțin susceptibile la daunele provocate de radiații.

Intrarea într-o stare de toropeală pare, de asemenea, să ajute urșii și veverițele să își păstreze structura osoasă și tonusul muscular. În ciuda faptului că hibernează timp de până la șase luni la rând, urșii negri ies la suprafață primăvara cu o pierdere musculară marginală și revin la normal în 20 de zile. De fapt, urșii care se trezesc din toropeală prezintă niveluri de fitness surprinzător de ridicate.

"Dacă ai sta în pat timp de mai multe luni, ai pierde o mare cantitate de țesut muscular în acest timp", spune Jüergen Bereiter-Hahn, profesor de neuroștiință și biologie celulară la Universitatea Goethe din Frankfurt, Germania. Bereiter-Hahn este membru al grupului de cercetare a hibernării din cadrul Esa, care efectuează cercetări privind hibernarea umană în vederea zborurilor spațiale pe distanțe lungi către Marte.

"Această reducere puternică a țesuturilor în timpul perioadelor lungi de nefolosire este aproape complet evitată în timpul toropei, ceea ce înseamnă că astronauții care ajung pe Marte ar trebui să fie în formă și nu ar trebui să aibă nevoie de o perioadă foarte lungă de timp pentru a se recupera."

Urșii sunt, de asemenea, un bun model pentru hibernarea umană, deoarece își reduc temperatura corpului doar cu câteva grade, dar reușesc totuși să își reducă considerabil rata metabolică. De asemenea, urșii care hibernează pot continua să funcționeze relativ normal în timpul hibernării, unele femele fiind cunoscute că se trezesc chiar și pentru a naște în această perioadă.

Studiile au arătat, de asemenea, că oamenii de știință pot folosi medicamente pentru a induce o stare de toropeală la unele animale, cum ar fi șobolanii, care de obicei nu hibernează. Medicamentele acționează asupra unei regiuni a creierului numită hipotalamus, care este implicată în reglarea temperaturii corpului și a bătăilor inimii.

Răcirea corpului ar putea, de asemenea, să inițieze un fel de stare de toropeală. În anii 1990, cercetătorii de la Centrul Safar pentru cercetare în domeniul resuscitării de la Universitatea din Pittsburgh au arătat că răcirea rapidă a sistemului circulator al câinilor aflați în stop cardiac îi trimitea pe aceștia într-o stare de animație suspendată.

Un proces similar, cunoscut sub numele de hipotermie terapeutică, este deja utilizat în unele spitale pentru a trata pacienții aflați în stop cardiac sau cu leziuni cerebrale traumatice. Se crede că răcirea corpului până la o temperatură de aproximativ 32-34C (89,6-93,2F) reduce deteriorarea creierului și a altor organe vitale.

Acest lucru are sens, deoarece celulele din corpul nostru au nevoie de un aport constant de oxigen pentru a-și satisface cerințele metabolice. În condiții normale, inima pompează acest oxigen în tot corpul nostru. Dar la pacienții cu traumatisme, pierderea de sânge face ca celulele să rămână fără oxigen și să moară rapid. Răcirea corpului cu câteva grade reduce cererea de energie și oxigen a organismului, câștigând timp important pentru medici.

SpaceWorks Enterprises, o companie de inginerie aerospațială cu sediul în Atlanta, Georgia, consideră că hipotermia terapeutică ar putea fi, de asemenea, o modalitate bună de a plasa călătorii spațiali într-o "toropeală sintetică".

Firma a primit finanțare de la Nasa pentru a-și concretiza ideea, care ar urma ca astronauții să fie plasați în capsule compacte în care ar intra într-o perioadă de două săptămâni de hibernare prelungită, înainte de a fi activi timp de câteva zile și apoi de a intra din nou în stază. Acest lucru ar putea fi făcut prin rotație, astfel încât să existe întotdeauna un membru al echipajului treaz, care să se ocupe de probleme de siguranță sau de orice urgență care ar putea apărea.

"Există o serie de abordări diferite privind modul în care se poate răci o persoană și reduce metabolismul acesteia", spune John Bradford, directorul executiv al SpaceWorks.

"În mediile clinice se folosesc injecții intravenoase cu soluție salină rece care răcesc corpul și se pun comprese cu gheață, dar acest lucru ar fi prea invaziv și nu foarte practic pentru un zbor spațial".

O opțiune este de a alimenta astronauții cu azot gazos de răcire prin intermediul unei canule nazale. Gazul ar scădea temperatura corpului de la 37,5C (99,5F) la aproximativ 32C (89,6F), ceea ce ar reduce activitatea metabolică cu aproximativ 50%.

"De asemenea, analizăm și alte tehnici, cum ar fi utilizarea răcirii aerului din mediul ambiant pentru a răci habitaclul, iar apoi utilizarea unui sedativ ușor pentru a relaxa astronautul", spune Bradford.

Brațele robotizate din modulul SpaceWorks ar putea fi apoi programate să miște membrele astronauților, să verifice senzorii corporali și să administreze stimuli electrici mușchilor astronauților pentru a menține tonusul. Astronauții ar primi, de asemenea, pungi cu nutrienți care conțin electroliți esențiali, dextroză, lipide și vitamine.

Cu toate acestea, dacă vrem să realizăm visul hibernării umane, este vital să înțelegem mai bine cum corpul și creierul inițiază procesul. O mare parte din lucrările de până acum s-au concentrat asupra unui neurotransmițător numit adenozină, care acționează asupra căilor din hipotalamus care controlează somnul. Un studiu din 2011 a constatat că veverițele de pământ arctice cărora li s-au administrat medicamente care activau receptorii de adenozină au intrat spontan în toropeală, atât timp cât li s-a administrat medicamentul în timpul iernii.

Între timp, alte studii sugerează că ar putea fi implicată o parte a trunchiului cerebral numită raphe pallidus, care ajută la controlul proceselor corporale automate. Matteo Cerri de la Universitatea din Bologna, Italia, și colegii săi au descoperit că pot face șobolanii și porcii - care în mod normal nu hibernează - să intre într-o stare de toropeală prin inhibarea acestei regiuni.

Summerer crede că mitocondriile - o structură care se găsește în fiecare celulă vie și care transformă substanțele chimice din alimente în energie pe care organismul o poate folosi - ar putea juca, de asemenea, un rol. Echipa sa efectuează în prezent experimente pe celulele hamsterilor sirieni care hibernează pentru a vedea dacă acestea au adaptări speciale care i-ar putea ajuta să facă față mediilor stresante.

Pentru a crea un mediu stresant, celulele de hamster sunt introduse într-o centrifugă și rotite la viteze mari. Astfel, celulele sunt supuse unor forțe gravitaționale foarte puternice, de până la 20 de ori mai mari decât cea a Pământului. Rezultatele sunt apoi comparate cu celulele de la oameni pentru a vedea dacă există vreo diferență. Rezultatele preliminare arată că forțele G crescute deteriorează mitocondriile atât la celulele umane, cât și la cele de hamster, dar că celulele de hamster sunt capabile să elimine cumva mitocondriile deteriorate, în timp ce celulele umane nu reușesc. Cu toate acestea, este nevoie de mai multă muncă pentru a calcula cât de semnificative din punct de vedere statistic sunt aceste diferențe.

Oricum ar fi, determinarea mecanismelor implicate ne va ajuta să aflăm dacă hibernarea ar putea fi posibilă la oameni -și dacă păstrăm aceste căi de semnalizare cerebrală latente.

"Din câte știm, nu există nimic unic la homo sapiens care să împiedice specia noastră să hiberneze și cred că această capacitate există, dar trebuie deblocată", spune Vladyslav Vyazovskiy, profesor de fiziologie a somnului la Universitatea din Oxford.

"Pentru mine, adevărata întrebare nu este dacă putem hiberna, ci cum... Cum "știu" neuronii din hipotalamus că este timpul să hiberneze? Cine le spune? Aceasta este adevărata întrebare".