Je leest:

Lessen van de onderkoelde muis

Lessen van de onderkoelde muis

Auteur: | 28 oktober 2005

Dieren in winterslaap hebben geen last van de fysiologische stress van extreme wisselingen in lichaamstemperatuur.

Bloed van een graad of vijf, een hartslag van vier per minuut en ongeveer evenveel ademhalingen. Het energieverbruik is met 98 procent verminderd en overgeschakeld van suikers op vetten. De doorbloeding van de hersenen is met negentig procent afgenomen.

Een gemiddeld knaagdier in winterslaap doet biologen nog steeds versteld staan. Absolute wereldrecordhouder is de arctische grondeekhoorn ( Spemophilus parryii) met een lichaamstemperatuur van enkele graden onder nul tijdens winterslaap.

Het diertje is dan geen passief diepvriespakketje, want het is nog steeds in staat om geluid, aanraking en temperatuur waar te nemen. Daalt de omgevingstemperatuur tot minus zestien graden, dan stijgt het energieverbruik en blijft het dier op een comfortabele minus één graad celcius. De thermoregulatie werkt kortom nog net zo precies als in de zomer, wanneer de grondeekhoorn een lichaamstemperatuur heeft van 37 graden, bij een hartfrequentie van 200-300 slagen en bijbehorende 100-200 ademhalingen per minuut.

Die veranderingen treden overigens vele malen op gedurende de winter, want winterslaap van vijf tot zeven maanden is geen constante lichamelijke rusttoestand. Een dier in winterslaap wordt om de paar weken een etmaal wakker, en daarbij keren alle fysiologische waarden weer terug naar normaal. Sommige soorten eten dan van een voedselvoorraad, anderen teren op hun vetreserves.

Schade

Veel triviale observaties zijn nog onverklaard. Waarom bijvoorbeeld dieren in winterslaap fysiologische parameters aankunnen die voor veel andere dodelijk zijn. Een zoogdierhart begint immers al ongecontroleerd samen te trekken bij 32 graden celsius. Een knaagdierhart in winterslaap blijft rustig pompen over een temperatuurgradiënt van min drie tot plus zevenendertig graden.

Daarnaast zouden de trage ademhaling – soms stopt de ademhaling minutenlang – en geringe bloedstroom kunnen zorgen voor oxidatieve stress en schade aan organen. Eén van de verklaringen voor het geregeld afwisselen van diepe slaap en korte periodes van activiteit is dat ze dienen om onomkeerbare schade aan bijvoorbeeld de hersenen te voorkomen.

Het vermogen om in winterslaap te gaan is wijdverspreid door het dierenrijk, maar de inzichten in welke fysiologische of moleculaire mechanismen eraan ten grondslag liggen zijn niet erg gedetailleerd. Dertig jaar geleden meldde Science al het bestaan van een intrigerende Hibernation Induction Trigger (HIT). Injectie van bloedplasma van zwarte beren in winterslaap induceerde winterslaap bij grondeekhoorns in de zomer. Inmiddels is duidelijk dat een klein peptide ( Delta Opioid Enkephalin) een sleutelrol vervult. In allerei experimenten is aangetoond dat dergelijke peptiden de gevoeligheid van organen voor lage temperaturen en zuurstoftekort sterk doet afnemen.

Onderkoeling

Veel onderzoek aan de fysiologie van winterslaap richt zich op de cyclus van opwarmen en afkoelen. Vooral medici kijken met bewondering naar de fysiologische trucs van knaagdieren, in de hoop daar iets van te kunnen leren. Organen van van dieren in winterslaap zijn goed bestand tegen zuurstoftekort en de daaropvolgende introductie van warm bloed.

Voorafgaand aan orgaantransplantatie bij mensen doet zich eenzelfde situtatie voor: een gekoeld orgaan moet worden vervoerd, loopt schade op door zuurstoftekort en de daaropvolgende aansluiting aan de bloedsomloop. Er zijn al enkele hoopvolle resultaten bereikt door gebruik te maken van HIT uit het bloed van knaagdieren in winterslaap, of de eerder genoemde peptiden. Dat bleek de schade aan hart en spierweefsel van varkens na transplantatie aanzienlijk te beperken.

Tot slot dient winterslaap ook als model voor het voorkomen van spieratrofie door inactiviteit. Daarnaast levert het aanwijzingen voor het koelen van mensen om schade door trauma of operaties te voorkomen. Milde onderkoeling na een hartstilstand blijkt bijvoorbeeld het herstel te bevorderen. Fundamentele kennis van winterslaap leidt zo tot steeds meer praktische toepassingen. Er zijn zelfs mensen die mogelijkheden zien voor ruimtereizigers in winterslaap – toch zullen deze Hibernauten net als knaagdieren geregeld moeten ontwaken. Twee jaar slapen op weg naar Mars zit er niet in.

Bron:

Carey, H.V. et al. (2003) Mammalian hibernation. Physiol. Rev. 83: 1153-1181.

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 oktober 2005

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.