Ne serait-il pas formidable de dormir pendant le rude hiver ? Ou mettre les astronautes en hibernation jusqu'à ce qu'ils soient à peu près sur Mars ? La science n'en est pas encore là. Mais les astuces ingénieuses des dormeurs d'hiver offrent déjà des applications pratiques pour l'homme.
Qui n'a pas secrètement rêvé de se couvrir pendant l'hiver maussade, pour se réveiller des mois plus tard lorsque le soleil brille à nouveau ? Pour de nombreux animaux, c'est la réalité annuelle. Au fur et à mesure que les jours raccourcissent, ils se préparent à l'hibernation. Au-dessus du sol, les dangers des ennemis froids et affamés et des pénuries alimentaires en hiver sont trop grands. L'hibernation augmente les chances de survie et les dormeurs d'hiver vivent également plus longtemps. Le temps qu'ils passent à dormir, ils le gagnent en années de vie.
Qu'est-ce que les gens attendent ? En théorie, l'hibernation devrait être possible pour les humains, pense l'expert de Groningue Arjen Strijkstra. « Dans chaque groupe animal, il y a une espèce qui hiberne, même chez les primates. Ce n'est tout simplement pas si pratique pour les humains, nos vies ne sont pas organisées de cette façon. Les animaux vivent beaucoup plus selon les saisons et, par exemple, adaptent leur reproduction en conséquence. Nous avons des bébés toute l'année."
Cependant, l'hibernation offre une solution pour les gens. Les animaux en hibernation ont des mécanismes ingénieux pour prévenir les dommages aux organes, par exemple, qui peuvent être applicables aux humains. Il serait également très utile de pouvoir mettre les astronautes en hibernation, afin qu'ils aient besoin de peu de nourriture pendant leur voyage et produisent également peu de déchets. Les applications réelles ne sont pas loin, disent les scientifiques.
À cette fin, ils mènent des recherches sur l'hibernation chez diverses espèces animales. Il existe trois types d'hibernation différents. Pour les astronautes, la voie de l'ours offrirait une solution :des mois de sommeil ininterrompu. Les écureuils terrestres adoptent une approche différente :ils abaissent considérablement leur métabolisme et leur température corporelle pendant plusieurs jours - parfois en dessous de zéro -, puis se réchauffent pendant un certain temps, puis retournent dans ce qu'on appelle la torpeur. Les petits animaux comme les hamsters de Sibérie ont une alternance quotidienne de torpeur et d'échauffement.
Jusqu'à présent, ces phases dites euthermiques au cours desquelles les animaux ramènent leur température corporelle et leur métabolisme à des niveaux normaux étaient un mystère pour les chercheurs. En termes de consommation d'énergie, il serait plus efficace d'hiberner tout l'hiver. Apparemment, les dormeurs d'hiver ont besoin de ce réchauffement intermédiaire. Pas pour manger ou se soulager, mais pour rattraper leur sommeil, ont supposé les chercheurs :les dormeurs d'hiver passent 70 à 80 % des phases chaudes à dormir.
Les animaux ne dorment pas pendant l'hibernation. "C'est au mieux une sorte d'éveil étrange", déclare Strijkstra. «Une caractéristique du sommeil est une grande activité d'ondes lentes dans le cerveau, qui peut être mesurée avec un scanner EEG. Plus le sommeil est profond, plus l'activité des ondes lentes est élevée. On pourrait penser que les animaux sont moins somnolents s'ils sont en torpeur depuis longtemps, mais c'est l'inverse qui est vrai :on observe une forte activité des ondes lentes. La torpeur est donc une forme de privation de sommeil. Si vous ne laissez pas vos animaux dormir après une période de torpeur, vous vous attendez à ce que la dette de sommeil augmente encore et que l'activité des ondes lentes augmente. Assez remarquablement, cela s'avère ne pas être le cas :l'activité des ondes lentes disparaît, même sans sommeil.'
Le sommeil ne semble pas être la raison pour laquelle les animaux se réchauffent entre-temps. Mais alors quoi ? Le chronobiologiste Ate Boerema de l'Université de Groningue a cherché la réponse dans le cerveau. L'hibernation s'avère rendre les animaux oublieux. Avant l'hibernation, les écureuils terrestres ont appris à trouver de la nourriture dans un endroit permanent dans un labyrinthe. «Après une période d'hibernation, ils ont perdu cette mémoire spatiale. Il est remarquable que des congénères qui ne sont pas tombés en torpeur à cause d'une température ambiante artificiellement élevée, aient pu se souvenir de la tache de nourriture.'
Un examen plus approfondi du cerveau des animaux en hibernation a montré que toutes sortes de changements s'y produisaient. Des changements qui ont rappelé aux chercheurs la maladie d'Alzheimer. «Le cerveau contient des protéines dites tau, auxquelles se lient des groupes phosphate», explique Boerema. «Cependant, un tel groupe phosphate peut également se fixer au mauvais endroit. Ceci est défavorable :il se produit alors une hyperphosphorylation de tau qui perturbe le transport neuronal dans le cerveau. Finalement, la protéine tau se recroqueville, provoquant la décomposition de la cellule. C'est ce que vous appelez des enchevêtrements. Chez l'homme, c'est un signe de la maladie d'Alzheimer.'
Ces protéines tau déformées se sont également formées dans le cerveau des écureuils terrestres en hibernation juste après que les animaux ont éteint leurs thermostats et se sont refroidis. Après huit jours d'hibernation, le cerveau en était plein. Mais peu de temps après que les animaux se soient réchauffés, l'hyperphosphorylation de tau a miraculeusement disparu à nouveau. Apparemment, les animaux ont un mécanisme pour inverser ce processus. Et non seulement les écureuils terrestres semblent être capables de le faire, mais aussi chez les hamsters dorés et chez les hamsters sibériens qui entrent en torpeur tous les jours, l'hyperphosphorylation de tau se produit pendant la période froide et disparaît à nouveau lors du réchauffement. "Nous pensons que les animaux construisent entre-temps des phases plus chaudes pour éviter d'autres dommages au cerveau", explique Boerema.
Cependant, cela n'explique pas pourquoi les ours, par exemple, ne se réchauffent pas entre les deux. En examinant le cerveau de hamsters qui hibernent à différentes températures, les chercheurs ont découvert une anomalie dans l'origine des protéines tau déformées. L'hyperphosphorylation de Tau se produit en dessous de 28 degrés Celsius et les animaux doivent se réchauffer entre les deux. Pas au-dessus de cette température." En raison de son épaisse couche isolante, un ours se refroidit à peine, de sorte qu'il reste au-dessus de la limite de température de 28 degrés.
L'effet de la température ambiante peut également être observé chez les lémuriens à Madagascar. Lorsque les prosimiens sont hauts dans l'arbre pendant l'hibernation, leur température corporelle oscille quotidiennement entre 12 et 35 degrés Celsius, tout comme l'environnement. Ces lémuriens dorment comme un ours :ils ne se réchauffent pas entre temps. Au pied de l'arbre, la température varie moins fortement du fait d'un manque d'ensoleillement et la température reste proche de 20 degrés Celsius. Les lémuriens qui hibernent au fond ont un schéma de torpeur comme un écureuil terrestre :ils ont besoin de se réchauffer tous les huit ou neuf jours. "Si l'environnement ne dépasse pas cette limite de température critique, les animaux doivent générer eux-mêmes une période chaude", explique Boerema.
Des chercheurs ont même réussi à appliquer ce système à des souris, qui normalement n'hibernent pas. Ici aussi, l'effet dépend de la température :si l'environnement refroidissait les souris à 22 degrés Celsius, ces souris recevaient également une hyperphosphorylation de tau et devaient se réchauffer entre-temps. Si l'environnement restait autour de 30 degrés Celsius, l'hyperphosphorylation de tau n'avait pas lieu. Ces souris en hibernation fournissent aux chercheurs un modèle pratique et naturel pour étudier l'hyperphosphorylation de tau. "On ne résout pas immédiatement la maladie d'Alzheimer, pour cela il faut en chercher la cause. Si vous trouvez une hyperphosphorylation de tau, alors vous êtes déjà trop tard », déclare Boerema. "Mais nous pouvons étudier comment les hibernants inversent ce mécanisme et quelles substances ont un effet sur celui-ci, par exemple."
Il n'y a pas que le cerveau qui intéresse la science médicale à cet égard. Des changements se produisent également dans de nombreux autres organes au début de la torpeur, qui s'inversent lors du réchauffement. Les médecins aiment appliquer ces astuces aux humains. « Presque tous les organes changent de structure pendant l'hibernation. Il y a toujours une maladie qui lui ressemble », explique Rob Henning, professeur de pharmacologie à Groningue. Il a examiné spécifiquement les poumons, qui, en hibernation, ressemblent beaucoup aux poumons d'un patient asthmatique.
"Le tissu de soutien des poumons augmente à la fois chez les asthmatiques et chez les hamsters en hibernation. Ceci est particulièrement défavorable aux asthmatiques :les poumons deviennent plus rigides, ce qui rend leur respiration plus difficile. Chez eux, cela est provoqué par une inflammation, chez les dormeurs d'hiver non. Nous ne savons pas encore pourquoi et comment les dormeurs d'hiver font cela. Je soupçonne que c'est un mécanisme pour empêcher le poumon de s'effondrer. Pendant l'hibernation, leur rythme cardiaque est de 3% de ce qu'il est normal et leur respiration chute de 40 fois à une fois par minute. C'est juste assez pour fournir de l'oxygène au corps. Nos poumons s'effondreraient alors », explique Henning. « Il est très remarquable que les organes subissent une modification aussi importante et qu'elle soit réversible. Les poumons sont revenus à la normale en une heure et demie."
Ce qui est également spécial, c'est qu'il n'y a aucun dommage aux organes lorsque le corps d'un dormeur d'hiver se réchauffe. Alors que les organes et le sang humains qui sont conservés au frais avant la transplantation causent des lésions tissulaires. En plus d'être un modèle pour l'asthme, l'hibernation fournit également des astuces pour mieux préserver les organes et le sang. Par exemple, les substances utilisées par les animaux en hibernation contribuent également à maintenir les plaquettes sanguines au frais. "Cela résout vraiment un problème", déclare Henning. "Les plaquettes sont souvent utilisées, pour les patients atteints de cancer et pour la chirurgie. Auparavant, ils ne pouvaient être gardés qu'au chaud, car sinon les plaquettes s'agglutineraient. Mais ensuite, des problèmes de bactéries surviennent à nouveau. Cette nouvelle méthode est très appréciée, en particulier dans les pays où de plus grandes distances doivent être franchies ou dans les zones de guerre.'
De cette façon, l'hibernation se rapproche progressivement de l'homme. Mais Henning doute que les gens entrent vraiment en hibernation à long terme. "Ce serait le meilleur anesthésique pour les opérations. Vous n'avez aucun problème de dommages aux organes et toutes les fonctions sont en veilleuse. Mais c'est difficile de tester ça sur des humains."
L'une des fonctions corporelles qui sont maintenant pleinement activées par inadvertance pendant la chirurgie est le système immunitaire. «Pendant une opération à cœur ouvert, le sang circule dans une machine cœur-poumon, que le système immunitaire reconnaît comme étrangère», explique le médecin-chercheur Hjalmar Bouma du centre médical universitaire de Groningue. Les hibernateurs ont une propriété unique que les médecins aimeraient utiliser pendant les opérations :les globules blancs disparaissent de leur sang pendant l'hibernation, de sorte que les processus immunitaires ont à peine lieu.
Pendant longtemps, l'endroit où se trouvaient ces cellules était un mystère. La mort massive des cellules lorsqu'elles sont refroidies et la production de nouvelles cellules lorsqu'elles sont chauffées se sont avérées ne pas être une option, car après le réchauffement, le système immunitaire était déjà à nouveau à pleine puissance en une heure et demie. En marquant les globules blancs avec une substance luminescente, Bouma a découvert que les cellules étaient stockées dans les ganglions lymphatiques. « Une graisse appelée sphingosine-1-phosphate (S1P) fait retourner les globules blancs dans le sang. En hibernation, ce lipide, et donc aussi les cellules immunitaires, semble absent en raison de la basse température.'
Les personnes sont également refroidies pendant les opérations - aujourd'hui à environ 33 degrés Celsius - mais le refroidissement profond a des effets néfastes sur les organes. Bouma voudrait donc emprunter un élément du mécanisme d'hibernation. En utilisant une substance similaire au lipide S1P chez les hibernants, il espère réguler la présence de globules blancs et ainsi supprimer temporairement le système immunitaire. "Dans les modèles animaux, cela donne déjà des effets prometteurs."
Une autre façon de rapprocher les mécanismes d'hibernation intelligents des humains est d'essayer d'hiberner des animaux qui restent normalement éveillés. « Si les souris doivent travailler dur pour leur nourriture, un bilan énergétique négatif se crée et elles entrent en torpeur. La substance 5 AMP est augmentée dans le sang de ces souris. Si vous injectez cette substance sur d'autres animaux, ils entreront également dans une torpeur artificielle. Nous savons donc comment mettre un animal en hibernation, y compris la suppression immunitaire, suivie d'une phase au cours de laquelle l'animal se réchauffe à nouveau, sans dommage pour les organes. De cette façon, nous construisons un pont entre l'hibernation naturelle et l'hôpital.'
Ainsi, la science est déjà si loin que les hibernants non naturels peuvent être mis en hibernation. Nous pouvons appliquer cela aux humains. Mais n'allez pas croire que nous hospitalisons des gens en octobre pour provoquer une hibernation complète et que nous ne les relâchons qu'en avril. Nous utiliserons certains éléments de l'hibernation, tels que l'inhibition du métabolisme ou la suppression du système immunitaire lors d'une intervention chirurgicale ou chez des victimes de traumatismes, et cela peut servir de système modèle naturel pour la recherche sur diverses maladies », explique Bouma. "Il faudra un certain temps avant que nous puissions lancer le premier astronaute dans l'espace en hibernation. Il devrait également développer des symptômes de type Alzheimer. Un astronaute qui se réveille quelque part dans l'espace et ne sait pas où il se trouve et quoi faire ne sert à rien. Et même lorsque nous avons compris cela, il y a encore beaucoup de problèmes éthiques. Cela restera de la science-fiction pour le moment. Mais les premières applications de l'hibernation ne sont pas loin."
