Viagens espaciais prolongadas são prejudiciais à saúde. Muito ruim. Estar no espaço expõe os humanos a níveis perigosamente elevados de radiação; A exposição prolongada à microgravidade pode danificar vários sistemas do corpo, incluindo músculos, ossos e olhos. Viver durante meses ou anos em espaços confinados pode ter efeitos psicológicos graves.
A chave para resolver estes problemas poderá ser uma estratégia fisiológica com 250 milhões de anos que permita aos mamíferos, aves, peixes e outros animais sobreviverem à escassez extrema, essencialmente estando offline: a hibernação. Quando os animais hibernam, eles desligam quase completamente suas funções corporais; Eles não comem, bebem ou se movimentam e, igualmente importante, não sentem fome ou sede e não parecem estar com frio. Esta capacidade notável pode ser crucial para ajudar os humanos a chegar a Marte e mais além, e também pode ajudar a salvar vidas na Terra.
Acontece que a hibernação pode proteger contra muitos dos perigos de voos espaciais longos, incluindo exposição à radiação e perda óssea e muscular. Além disso, colocar os viajantes num estado inconsciente a longo prazo pode ajudar a reduzir o custo de vida num espaço confinado durante meses ou anos. A hibernação também pode reduzir significativamente a quantidade de comida e água necessária para o voo, reduzindo a carga útil e permitindo que os astronautas cheguem ao seu destino – e voltem – em menos tempo.
O problema, claro, é que os humanos não hibernam naturalmente. Ao contrário dos esquilos, ursos, morcegos e muitas outras espécies, não evoluímos para reduzir radicalmente o nosso metabolismo quando os recursos são escassos. Para superar este problema, um grupo crescente de cientistas em todo o mundo está a desenvolver tecnologias que podem induzir a hibernação em humanos com segurança.
Estes investigadores, alguns dos quais recebem financiamento da Agência Espacial Europeia (ESA) e da NASA, revelam como os dispositivos em hibernação se desligam – e depois voltam a ligar – sem efeitos nocivos, após meses sem comida, água e exercício.
“Este é um campo muito promissor”, diz Christiane Hahn, que supervisiona a investigação em biologia espacial na ESA. “Isso poderia mudar completamente o futuro das viagens espaciais.”
o Riscos espaço radiação
A radiação é uma preocupação particular em voos espaciais longos. Na Terra, a atmosfera bloqueia a maioria das partículas radioativas; No espaço, não há proteção. Durante um longo voo espacial, os viajantes estarão constantemente expostos a níveis perigosos de íons nocivos. As partículas podem ficar presas dentro da espaçonave, causando ainda mais danos aos que estão dentro dela. “Proteger os humanos da radiação no espaço é muito difícil”, diz Hahn. “Ainda não encontramos um escudo eficaz.”
A pesquisa descobriu que a hibernação protege contra esses danos. Durante a hibernação, os animais reduzem a sua actividade metabólica, utilizam menos oxigénio e compactam as suas cadeias de ADN de forma mais compacta, o que protege contra os danos da radiação. Além disso, os hibernadores possuem mecanismos robustos de reparo do DNA.
“É incrível o que eles podem fazer”, diz Elena Gracheva, fisiologista da Universidade de Yale, que supervisiona uma grande colônia de 13 esquilos terrestres (assim chamados porque têm esse número de listras no corpo), nativos do meio-oeste dos Estados Unidos e do Canadá. As criaturas são mantidas em Mashta, uma instalação especialmente projetada para recriar seu habitat natural.
“Esses animais se parecem conosco no verão, mas no inverno se transformam em organismos completamente diferentes”, diz ela. “A frequência cardíaca deles cai para um batimento a cada poucos minutos e a temperatura corporal atinge 4 graus Celsius (39 Fahrenheit), que é a temperatura de uma geladeira. E ainda assim eles ainda estão vivos.”
Gracheva estuda como os animais podem sobreviver sem água por até oito meses – durante a hibernação, os animais não bebem, mesmo que lhes seja oferecida água. Eles identificaram uma região do cérebro, o órgão subfornical (SFO), que parece regular esse processo, bem como uma molécula que parece eliminar a sede quando injetada no SFO. Ela observa que essa região do cérebro também está presente em espécies que não hibernam, incluindo os humanos.
Os pesquisadores estão agora explorando maneiras de hackear a fisiologia humana para que nós também possamos colher esses benefícios. Eles estão experimentando medicamentos, ultrassom e outras estratégias para permitir que os humanos entrem em estado de hibernação artificial, como é conhecido. (Embora os dois termos sejam frequentemente usados de forma intercambiável, os cientistas geralmente definem o torpor como um estado de curto prazo que dura entre algumas horas e um dia, enquanto o torpor dura muito mais tempo, semanas ou meses. O torpor artificial tende a envolver desativação metabólica de curto e longo prazo.)
“É definitivamente possível”, diz a bioquímica Kelly Drew, professora do Instituto de Biologia do Ártico da Universidade do Alasca. Durante mais de duas décadas, Drew, que é financiado pela NASA, tem estudado esquilos terrestres do Ártico, que hibernam de agosto a maio, durante os quais a temperatura corporal cai de 37 graus Celsius (98,6 Fahrenheit) para abaixo de zero. O trabalho de Drew concentrou-se na forma como os animais protegem os seus cérebros, corações e músculos durante temperaturas congelantes, uma condição que normalmente mata células vivas. Ela e os seus colegas descobriram que durante a hibernação, a miosina, uma proteína muscular essencial, muda radicalmente a forma como utiliza a energia, permitindo-lhe sobreviver a temperaturas frias sem danos.
definir chave Mecanismos
Nos últimos anos, os pesquisadores conseguiram induzir a hibernação artificial em um grupo de animais. Quase todos esses experimentos usaram técnicas invasivas, geralmente algum tipo de cirurgia cerebral. Por exemplo, Matteo Siri, professor de fisiologia da Universidade de Bolonha, teve como alvo células da rafe pálida, uma área do cérebro que desempenha um papel fundamental na regulação da temperatura e do uso de energia.
Mas embora este trabalho ajude a esclarecer os mecanismos envolvidos neste processo, não seria prático ou ético abrir os crânios dos astronautas sempre que estes têm de entrar ou sair da hibernação. Desde 2023, vários grupos, incluindo cientistas da Universidade de Washington em St. Louis, têm utilizado o ultrassom, uma técnica não invasiva que transmite ondas sonoras, para induzir a hibernação artificial em animais. Siri e os seus colegas, que recebem financiamento da Agência Espacial Europeia, esperam começar a testar esta abordagem em breve em voluntários saudáveis.
A hibernação é algo muito complexo – afeta todas as células do corpo – e é quase certo que há vários interruptores envolvidos nesse processo. A pesquisadora de neurociência do MIT, Sinisa Hrvatin, identificou outra região do cérebro que parece desempenhar um papel fundamental nesse processo. Numa investigação publicada no início deste ano (mas ainda não revista por pares), ele e a sua equipa focaram-se numa área conhecida como área pré-óptica, que desempenha um papel fundamental no metabolismo e na temperatura. Ao ativar neurônios na área pré-óptica dos hamsters, os pesquisadores os colocaram em estado de hibernação, o que reduziu a temperatura corporal dos animais para 15 graus Celsius.
Hrvatin sugere que este circuito neural pré-óptico pode existir em uma ampla gama de animais, incluindo alguns que não hibernam ou hibernam. Para Hrvatin, isto sugere que seria possível induzir um estado semelhante ao da hibernação em animais que normalmente não se desligam. “Os principais aspectos do circuito parecem ser conservados em diferentes animais”, diz ele. “Acho que podemos usá-lo para modificar o metabolismo.” Não está claro se este circuito pré-óptico existe em humanos; Ninguém olhou. Hrvatin planeja explorar esta questão em breve.
Alguns cientistas já estão conduzindo experimentos em humanos. Num estudo publicado no ano passado, o pesquisador Clifton Callaway, da Universidade de Pittsburgh, deu a humanos saudáveis um sedativo chamado dexmedetomidina durante cinco dias; Isso resultou em uma taxa metabólica 20% menor e uma ingestão total de calorias 30% menor. Comparado com o que um esquilo terrestre faz, é uma pequena queda. Mas Callaway, cujo trabalho recebeu financiamento da NASA, diz que pode ser suficiente para proteger os viajantes de pelo menos alguns dos perigos dos voos espaciais. Ao longo de um voo longo, mesmo uma pequena diminuição no metabolismo pode fazer diferença na eficiência.
“Uma viagem a Marte exigiria aproximadamente 300 quilos de comida por astronauta, ida e volta”, diz ele. “Se você conseguir reduzir isso em um quarto ou mais, isso pode levar a um aumento.”
para fornecer viver na terra, também
A promessa da hibernação artificial vai além de tornar as viagens espaciais mais seguras. Os cientistas estão estudando-o como tratamento para uma ampla gama de doenças, incluindo câncer e doença de Alzheimer. A hibernação parece levar a amplas capacidades de reparação e regeneração em muitos órgãos e tipos de células. Parece impedir o crescimento das células cancerígenas e torná-las mais suscetíveis ao tratamento. Siri e Hrvatin estão explorando esta área. “Isso tem muito potencial terapêutico”, diz Siri. “É uma área incrivelmente emocionante.” Drew, professor da Universidade do Alasca, e outros acreditam que também pode ser útil no tratamento da obesidade; Ao aumentar o metabolismo em vez de diminuí-lo, os médicos podem ajudar as pessoas a queimar mais calorias.
Um grupo de cientistas holandeses identificou uma molécula ligada à hibernação, que acreditam ter potencial para tratar a doença de Parkinson, insuficiência cardíaca, asma e outras doenças. Rob Henning, Rolof Hutt e Kees van der Graaf, pesquisadores da Universidade de Groningen, isolaram a molécula SUL-138 de hamsters sírios, que hibernam quando as temperaturas caem abaixo de 18 graus Celsius. Henning e seus colegas testaram o composto em um grupo de animais que não hibernavam e mostraram que ele tinha amplas propriedades protetoras e regenerativas. Recentemente, eles iniciaram um pequeno teste do composto em humanos para pacientes com doença de Parkinson.
“O céu é o limite”, diz Henning. “Quando converso com meus colegas médicos, sempre digo: Qual é o seu problema? Vou resolver com a hibernação.”
Callaway, que também é médico de emergência, diz que a hibernação artificial pode ser útil para todos os tipos de condições médicas urgentes, incluindo ataques cardíacos, derrames e lesões cerebrais, quando os médicos desejam desacelerar rapidamente o metabolismo e reduzir a inflamação para lhes dar tempo para tratar o problema. Ao contrário dos pacientes em coma induzido, os pacientes em coma artificial não necessitarão de suporte vital, porque os seus cérebros permanecerão activos. Ele diz que a hibernação tem potencial para ser uma versão melhorada da hipotermia terapêutica, uma técnica que tem sido usada há décadas.
Embora a hipotermia seja benéfica, ela tem uma grande desvantagem: o corpo combate o frio tremendo, aumentando a inflamação e aumentando a frequência cardíaca. Este esforço frenético para se manter aquecido pode limitar os benefícios do tratamento. Em contraste, os animais em hibernação não respondem fortemente ao frio; Esta diferença pode tornar a hibernação artificial uma ferramenta mais eficaz em situações de emergência.
A maioria dos especialistas concorda que o primeiro uso humano da hibernação foi provavelmente médico. Hrvatin vê o transplante de órgãos como uma primeira opção potencial e diz que seria relativamente fácil ativar algumas vias de hibernação para prolongar a sobrevivência de um órgão. Os pesquisadores já fizeram experiências com isso e descobriram que pode aumentar significativamente a longevidade dos órgãos.
Há uma série de opiniões sobre quando a hibernação artificial se tornará uma realidade para os humanos. Siri está entre os mais otimistas, pois acredita que isso acontecerá nos próximos dez ou quinze anos. A maioria dos especialistas acha que levará mais tempo; Hahn, o cientista da ESA, acredita que levará várias décadas.
Ela e outros salientam que antes de podermos usar a hibernação para viagens espaciais ou terapia, os investigadores devem compreender melhor o processo. Caso contrário, diz ela, corremos o risco de todos os tipos de cenários de ficção científica de pesadelo. “A indução da hibernação é bastante bem compreendida”, diz ela. “Tirar alguém de novo não é. Precisamos ter certeza de que acertamos ambas as partes.”
