Je leest:

Slapend de winter door

Slapend de winter door

Auteur: | 20 februari 2010

Achter de winterslaap gaan verbluffende mechanismen schuil. Niet alleen de winterslapers zijn hierbij gebaat; het biedt mogelijk ook toepassingen voor de mens.

‘Winterslaap is de mooiste manier om niets te doen’, zegt chronobioloog Arjen Strijkstra van de Rijksuniversiteit Groningen. Dieren die niet aan de winter kunnen ontsnappen, moeten hem ondergaan. Met een winterslaap ontlopen dieren predatie en voedseltekorten in een koude en moeilijke tijd, en ze verlengen er hun levensduur mee. Tijdens deze periode daalt hun metabolisme, ademhaling en hartslag en daarmee hun temperatuur. Ze besparen zo energie en verdwijnen enige tijd uit het zicht.

Hoe lang die periode is, verschilt per diersoort. ‘Er zijn drie typen winterslapers’, legt Strijkstra uit. ‘Beren zijn het meest inzichtelijk. Ze gaan liggen en komen na zes maanden weer uit hun hol.’ Grondeekhoorns passen een andere vorm toe. Hun lichaamstemperatuur daalt sterk – soms tot onder het vriespunt – maar na tien tot twintig dagen warmen ze zichzelf weer op, om vervolgens opnieuw in zogeheten torpor te gaan. Dit ritueel herhaalt zich gedurende enkele maanden. Nog kleinere dieren als Siberische hamsters gaan dagelijks in torpor; hun lichaam is te klein om grote vetvoorraden aan te leggen en dus moeten ze dagelijks eten.

Het type winterslaap kan ook binnen diersoorten variëren, vertelt Strijkstra. ‘Bij lemuren op Madagaskar is de winterslaapplaats bepalend.’ Slapen de dieren in een hol bovenin de boom – dat de zon dagelijks opwarmt – dan slapen ze als een beer. Onderin de boom is de temperatuur aanzienlijk lager door een kleinere invloed van de zon. Lemuren die daar slapen vertonen een torporpatroon vergelijkbaar met de grondeekhoorn.

Welk signaal bepaalt wanneer het dier in winterslaap gaat of juist weer wakker wordt, is niet altijd duidelijk. Strijkstra: ‘Bij hamsters speelt daglengte in elk geval een belangrijke rol. Houd je de daglengte kunstmatig lang, dan gaan ze niet in winterslaap.’ Grondeekhoorns blijken nauwelijks afhankelijk van externe factoren: zij hebben een interne jaarklok. Hun accuratesse is opzienbarend, vindt Strijkstra. ‘Vijf jaar achtereen kwamen de grondeekhoorns in ons veldonderzoek gemiddeld ofwel op 31 maart ofwel op 1 april tevoorschijn. Een gevulde blaas of het verlies van hun vetvoorraad bleek hierop niet van invloed. Ze weten al wanneer het voorjaar begint op het moment dat ze in winterslaap gaan.’

Van wakker worden of slapen is trouwens feitelijk geen sprake: dieren slapen namelijk niet tijdens de winterslaap. Sterker nog, diepe winterslapers als de grondeekhoorns gaan slapen zodra ze uit hun winterslaap komen, om hun slaapschuld in te halen. ‘Zodra hun lichaamstemperatuur onder de 25 graden zakt, verdwijnt de remslaap’, legt Strijksta uit. ‘Onder de 14 graden zie je niets meer op een EEG; de hersenen staan stil. Wanneer dieren opwarmen, hebben ze slaap nodig om de hersenactiviteit te herstellen. Winterslaap is op zijn best een vreemd soort wakker.’

Winterslapers voor alzheimerpatiënten

Walvis in winterslaap

Vooral kleine dieren als grondeekhoorns besparen veel energie met een winterslaap. Dat heeft alles te maken met hun metabolisme. Tijdens de winterslaap is het metabolisme slechts een fractie van het basaal metabolisme; dat is het minimum dat vereist is voor lichaamsprocessen als onderhoud van cellen en weefsels in rust. Dit basaal metabolisme is afhankelijk van de lichaamsgrootte: hoe kleiner het dier, hoe hoger zijn metabolisme (per gram lichaamsgewicht).

Opmerkelijk genoeg is het niveau van metabolisme tijdens winterslaap niet langer afhankelijk van lichaamsgrootte. Alle winterslapers hebben een metabolisme van 0.03 milliliter zuurstof per gram lichaamsgewicht per uur. Voor kleine dieren is het verschil tussen beide metabolismen het grootst; zij besparen dus relatief meer energie.

Bij extrapoleren zouden beide lijnen elkaar kruisen bij een dier met een gewicht van vijftienduizend kilo. In theorie is het basaal metabolisme dan gelijk aan het winterslaapmetabolisme. Een grijze walvis weegt vijftienduizend kilo: eigenlijk is dit dier dus continu in winterslaap.

Energiebesparing is een essentieel onderdeel van de winterslaap. Het lijkt dan ook verstandig om de hele winter door te slapen om het metabolisme zo laag mogelijk te houden. Dat veel dieren tussentijds ontwaken, is opmerkelijk. Het kost veel energie. ‘Europese grondeekhoorns zijn zes maanden in winterslaap, maar warmen tussendoor regelmatig op’, vertelt chronobioloog Ate Boerema van de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Van de totale hoeveelheid energie die ze tijdens de winterslaap verbruiken, gaat 85 procent naar dit opwarm- en afkoelproces.

‘Waarom ze dit doen, is nog steeds onduidelijk’, vertelt Boerema. ‘We weten dat er belangrijke veranderingen in de hersenen plaatsvinden tijdens de winterslaap.’ Zo blijken grondeekhoorns dingen te vergeten door de winterslaap. Grondeekhoorns konden na de winterslaap voer dat op een specifieke locatie verstopt lag niet meer vinden. Grondeekhoorns die gedurende de winterslaap warm werden gehouden, herinnerden zich de locatie wel.

Dat deed de onderzoekers aan de ziekte van Alzheimer denken; ook de veranderingen in de hersenen leken daarop. ‘Bij alzheimer worden de tau-eiwitten in de hersenen verkeerd gefosforyleerd, waardoor er aggregaten van tau-eiwit ontstaan die het neuronaal transport negatief beïnvloeden. Uiteindelijk gaat de hersencel daardoor dood en ontstaan er zogeheten tangles. Dit is een van de tekenen waaraan de ziekte na de dood van de patiënt wordt vastgesteld’, legt Boerema uit. Ook bij hamsters blijkt deze tau-hyperfosforylatie tijdens torpor plaats te vinden. Maar nog voordat de cellen doodgaan, wordt het proces omgekeerd wanneer de dieren opwarmen. ‘Wellicht wordt echte schade in de hersenen door het opwarmen voorkomen, of op tijd gerepareerd.’

Vergeetachtigheid

Tau-hyperfosforylatie komt ook van nature voor bij oudere dieren, maar het is de vraag of een winterslaap dat proces kan keren. ‘Oudere hamsters gaan helaas slecht in winterslaap. Maar we gaan het nog testen bij muizen, die we kunstmatig in winterslaap kunnen brengen.’

Daarnaast wil Boerema onderzoeken hoe het is gesteld met de vergeetachtigheid van hamsters na een winterslaap. ‘De grondeekhoorns verloren hun ruimtelijke geheugen, maar dat is wellicht voor deze soort niet van groot belang. Ze behielden wel sociale herkenning. Voor hamsters – die voedselvoorraden aanleggen – is ruimtelijke herkenning waarschijnlijk veel belangrijker. Het is de vraag of dat geheugen bij deze diersoort wel behouden blijft.’

Voordat alzheimerpatiënten baat hebben bij de bevindingen, is nog veel onderzoek nodig. ‘Er is een wezenlijk verschil met alzheimerpatiënten’, zegt Boerema. ‘Deze dieren hebben namelijk geen alzheimer. Voordat de Tau-hyperfosforylatie problematisch wordt, warmt het lichaam al op. Bij mensen is nog steeds onbekend waardoor de ziekte van Alzheimer ontstaat. Met het mechanisme van de winterslapers kunnen we het proces wellicht vertragen, maar als de oorzaak nog aanwezig is, dan komt de ziekte weer terug.’

Een hartoperatie als een winterslaap

‘Dieren die in winterslaap gaan, passen allerlei trucjes toe die interessant zijn voor de mens’, vertelt klinisch farmacoloog Hjalmar Bouma van de Rijksuniversiteit Groningen. Hij onderzoekt hamsters die wekelijks in winterslaap gaan. Hun lichaamstemperatuur daalt dan tot 4 graden en hun immuunsysteem staat op een laag pitje. ‘De witte bloedcellen verdwijnen voor meer dan 90 procent uit het bloed en afweerprocessen vinden vrijwel niet plaats’, zegt Bouma. De hamsters blijven een week in torpor en warmen vervolgens in anderhalf uur weer op naar 35 graden; ook de witte bloedcellen komen op raadselachtige wijze weer tevoorschijn.

Dat mechanisme zou Bouma graag toepassen op de mens. ‘Tijdens hartoperaties wordt de temperatuur van de patiënt ook kunstmatig laag gehouden om hersenbeschadiging te voorkomen. Maar dat is nadelig voor andere organen. Hoewel de orgaanschade vaak herstelt, is de kans dat patiënten in de eerste tien jaar na de operatie overlijden twee keer zo groot bij mensen die in de eerste week nierschade ondervonden.

Een ander probleem vormt de hart-longmachine die de functie van hart en longen tijdens een dergelijke operatie overneemt. De witte bloedcellen komen in actie doordat ze de machine als lichaamsvreemd zien. ‘Er zijn wel mogelijkheden om die leukocyten eruit te filteren, maar er is alsnog immuunactivatie en bovendien heeft de patiënt dan aanzienlijk minder witte bloedcellen na afloop. Bij de hamster is het verdwijnen van leukocyten omkeerbaar.’

Dat is belangrijk om eventuele ziekteverwekkers na het ontwaken snel op te ruimen. Tijdens de winterslaap hebben pathogenen weinig kans door de lage lichaamstemperatuur van de hamsters. Voor mensen in operaties is dat anders: ‘We kunnen de temperatuur van de patiënt niet lang laag houden; de kans op infecties is daardoor groter’. Het immuunsysteem tijdelijk onderdrukken en vervolgens snel weer activeren – zoals bij hamsters gebeurt – zou veel beter zijn.

Maar daarvoor is er nog veel onderzoek nodig. Vooralsnog is bijvoorbeeld onduidelijk waar de witte bloedcellen van de hamsters blijven. ‘We weten inmiddels dat ze niet naar de milt gaan, wat een logische plek zou zijn’, vertelt Bouma. ‘We hebben nu de leukocyten gelabeld en hopen zo het mechanisme achter immuunsuppressie te achterhalen. Als we weten welke moleculen daarbij betrokken zijn, dan kunnen die mogelijk als drugable targets dienen voor toepassing bij mensen.’

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 februari 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.