Hibernace je stav podchlazení řízena po dobu několika dnů nebo týdnů, která umožňuje zvířatům , aby šetřili energií v průběhu zimy . Během hibernace zvířata zpomalují metabolismus na velmi nízkou úroveň, postupně snižují svoji tělesnou teplotu a rychlost dýchání a čerpají zásoby tělesného tuku , které byly uloženy během aktivních měsíců.
Hibernace je součástí strategií pro přizpůsobení se chladu, spolu s migrací , odolností vůči chladu (srst bobra evropského , zásoby tuku polární lišky , přirozená kryokonzervace ), životní cyklus hmyzu, který umožňuje přecházet v závislosti na druhu na stát vajíčko, larva někdy chráněná kuklou nebo pochvou nebo vílou.
Jedno zvíře, které někteří mylně považují za zimního spánku, je medvěd . Je to proto, že i když se jeho srdeční frekvence zpomaluje, tělesná teplota medvěda zůstává relativně stabilní a lze ji snadno vzbudit. Totéž platí pro jezevce , mývaly a vačice . Medvědi jsou hibernátoři, takže mluvíme o přezimování .
Zvířata považovaná za hibernaci jsou: sviště , dormice , blázni , sysli , ježci , tenrec , setifer , Nuttall's Nightjar , skunci, stejně jako někteří křečci , myši, netopýři .
Pokud jde o chladnokrevná zvířata, jako jsou žáby , ještěrky , želvy nebo některé ryby , hovoříme přesněji o mlžení .
Existují tři hlavní typy zpomalení nebo zastavení během zimních činností v homeothermech , pouze poslední z nich lze kvalifikovat jako vlastní režim hibernace:
Drtivá většina savců je nucena udržovat konstantní teplotu v chladném prostředí regulací jeho teploty pomocí fyziologických procesů zvaných termogeneze .
Podobným stavem v létě je i estetizace ( letní spánek), kterou si osvojil například krokodýl nilský, který se v horkém období zahrabává do bahna.
Nejstarším známým zvířetem, které mohlo být schopno přezimovat, je Lystrosaurus , endotermický therapsid, který žil mezi svrchním permem a středním triasem .
Několik měsíců před obdobím hibernace skladují a konzumují velké množství jídla . Například sysel se pohybuje od 150 gramů tělesné hmotnosti do 350 gramů. Rezervy jsou v podstatě lipidové rezervy uložené pod kůží.
Hibernanti pak budují své nory, které nazýváme hibernaculum . Hibernaculum je vybráno tak, aby nedocházelo k výrazným tepelným změnám. Zvířata se uloží do polohy, která udržuje maximální teplo, obvykle v kouli.
Tělesná teplota zvířete pak dramatickému poklesu až do vnitřní teploty blížící se 1 ° C , nebo 2 ° C . Termoregulace se nezastaví a znovu začne termogeneze, aby se udržela vnitřní teplota zvířete na přijatelné teplotě. Hibernace není pasivní stav.
Pokles vnitřní teploty vede k úpravě různých funkcí. Metabolismus je snížen o 98%.
Došlo k poklesu:
Nervový systém je reaktivní. Skutečně aktivní však zůstávají pouze oblasti mozku, které hrají roli v autonomních vegetativních funkcích (jako je dýchání ). Ostatní oblasti nevykazují spontánní kortikální aktivitu. Ale zvíře reaguje na hluk, dotek atd.
Pod tělesnou teplotou 25 ° je elektroencefalogram plochý.
Snížení rychlosti krevního oběhu vyžaduje snížení jeho srážlivosti, aby se zabránilo riziku tvorby sraženin. Toho se dosahuje snížením hladiny krevních destiček a koagulačních faktorů.
Období spánku jsou charakterizovány z hlediska dýchání, výbuchy dýchacích cyklů proložené prodlouženými apnoe (až do jedné hodiny u ježka nebo trikotu). Slabá výměna plynů v plicích přispívá k akumulaci rozpuštěného oxidu uhličitého v těle , který okyseluje krev (tzv. Respirační acidóza).
Během hibernace dochází k periodickým probouzením v různých dobách, ale velmi vzácně a stále častěji, když dosáhneme konce hibernace. Budík trvá několik hodin a odpovídá rychlému nárůstu teploty. To pro všechny hibernátory s různými intervaly. Například zlatý křeček se probouzí každé 3 až 5 dní, zatímco sysel se probouzí každých 15 dní. Během těchto probuzení se zvíře otočí do hibernacula, jí, močí a usíná. Ablace Pokusy neuronů v hypotalamu ukázaly potlačení těchto probuzení a smrt zvířete. Tato probuzení jsou proto zásadní, umožňují zejména eliminovat metabolický odpad, jehož hromadění je velmi toxické. Tato probuzení zahrnují takzvanou třesoucí se termogenezi , to znamená pomocí hnědé tukové tkáně. 90% úbytku hmotnosti během hibernace je způsobeno těmito fázemi bdění.
Je pozoruhodné, že oblast CA3 v mozku hibernačního zvířete prochází stejnými synaptickými regresemi jako mozek osoby s Alzheimerovou chorobou . Ale v hibernacích jsou tyto regrese reverzibilní a považují se za produkt hyperfosforylace tau proteinů produkovaných mozkovými buňkami (nevratný u pacientů s Alzheimerovou chorobou nebo progresivní supranukleární obrnou ) a defosforylací, když se spojení znovu vytvoří.
U sezónních hibernačních režimů se zvíře přepne do hibernace, i když je venkovní teplota stále vysoká. V zajetí a při absenci vnějších stimulů vždy existuje fenomén hibernace, ale cyklus začíná dříve a dříve v roce. Je to endogenní hibernační rytmus, ale za přirozených podmínek je vstup do hibernace znovu synchronizován vnějšími podmínkami tak, aby začal a skončil ve strategických časech.
Faktory jako fotoperioda a teplota synchronizují tyto rytmy. U stejného druhu je nástup hibernace dřívější, když je populace severněji nebo výškově vyšší .
Typ spotřebované mastné kyseliny ovlivňuje metabolismus a dobu hibernace. Polynenasycený tuk stimulující / prodlužující hibernaci; zatímco nasycené tuky snižují hibernaci.
Tuky typu n-3 PUFA (polynenasycené tuky bohaté na omega 3) snižují hibernaci, zatímco n-6 PUFA (polynenasycené tuky bohaté na omega 6) podporují hibernaci.
Byly zvýrazněny vnitřní faktory, jako jsou nižší vnitřní rezervy nebo krevní faktor. Injekcí krve hibernační sysle do hibernační sysle se zjistí, že hibernuje. Faktory vnitřního hibernace proto cirkulují v krvi (tyto faktory jsou stále špatně pochopeny). Podle nedávných studií předoptická oblast hypotalamu umožňuje, aby nastavená hodnota těla u některých druhů klesla až na 2 ° C.
Reprodukční systém se také předpokládá, že se podílí na inhibici režimu spánku. Experimentálně injekce testosteronu způsobí konec hibernace.
V játrech se produkují proteiny, které tvoří komplex: HPc (komplex hibernačních proteinů). Tento komplex se skládá z proteinů HP20, HP22, HP27 a HP55. Pokles hladiny těchto HPc v krvi předchází hibernaci. Cyklus je obrácen na úrovni mozkomíšního moku (CSF): ve skutečnosti je tam maximální úrovně HPc dosaženo během hibernace. Všimněte si také, že protein HP50 nikdy není přítomen v mozkomíšním moku, ale ten obsahuje HP20. Předpokládá se, že tento protein přechází z krve do mozkomíšního moku na úrovni choroidálního plexu , oblasti mozku, kde se tato tekutina produkuje.
Buněčné procesy jsou zastaveny nebo alespoň výrazně zpomaleny několika způsoby: například odpočinkem v režimu hibernace
Fosforylové skupiny se připojují k sodíkovým pumpám a k draselným pumpám , čímž zabraňují výměně těchto iontů mezi intracelulárními a extracelulárními kompartmenty. Kromě toho se fosforylové skupiny váží na ribozomy , což blokuje biosyntézu bílkovin .
Zatímco buněčná energie se normálně získává primárně z oxidace molekul glukózy , lipidy se stávají primárním zdrojem energie během hibernace.
Acetyltransferázu podporuje přechod histony jejich stav acetylovaný do acetylovaného stavu. To způsobuje zvýšenou kondenzaci DNA , která se pak pevněji obalí kolem histonů, a činí geny mnohem méně přístupnými.
Kromě toho RNA polymerázy již nejsou aktivní, což dále snižuje možnosti transkripce.
V hnědé tukové tkáni má vnitřní membrána mitochondrií oddělovací proteiny, které snadno umožňují průchod protonů , což umožňuje snížit koncentrační gradient mezi dvěma oddíly umístěnými na obou stranách této membrány. ATPáza tedy produkuje méně ATP. Tok protonů proto hlavně živí vzestup teploty oddělovacími proteiny. Během hibernace je aktivita těchto oddělovacích proteinů snížena.
Výjezd z hibernace je charakterizován rychlým oteplováním různých částí těla, zvýšenou srdeční frekvencí atd. Tyto mechanismy jsou rychlejší než mechanismy přechodu do režimu hibernace. Vše je obnoveno během několika hodin.
Fáze 1 až 3.
Fáze 4 až 6.
Membrána živočišných buněk je tvořena lipidovou dvojvrstvou, která je za normální teploty tekutá. Chlad, když se teplota blíží 0 ° C, způsobí zmizení tekutosti membrány, s výjimkou hibernačních látek, protože lipidy jejich membrán mají nenasycené mastné kyseliny v koncentraci vyšší než koncentrace jiných než hibernačních látek. Kromě toho tyto obsahují „chaperonové“ proteiny, které chrání lipidy před modifikací jejich fáze (mastné kyseliny udržují jejich tekutost v membráně).
Hibernátoři jsou obecně středně velká zvířata.
Pokud jsou příliš malé, mají velmi vysoký metabolismus, který zabraňuje dlouhému období hibernace, protože ani při nižší srdeční frekvenci by rezervy nebyly dostatečné.
Pokud jsou velké, metabolismus je relativně nízký, takže zvýšení teploty by trvalo několik dní, což je po období hibernace těžké si představit. Vědci se domnívají, že aby hibernace byla přínosem pro přežití zvířete, neměla by překročit 7 kg . Kromě toho by energie potřebná během období probuzení byla příliš velká.
U hibernací je hibernace z energetického hlediska vždy výhodná a odpovídá úspoře energie. Například u americké myši Perognathus , pokud přejde do režimu spánku po dobu 100 hodin, spotřebuje 7,7 ml kyslíku na gram své hmotnosti, zatímco po stejnou dobu zabrání vstupu do režimu spánku, spotřebuje 40 ml kyslíku na gram po dobu 100 hodin hodin k udržování 37 ° C .
Chlazení umožňuje delší přežití například v případě utonutí, což umožňuje resuscitaci i po delší srdeční zástavě. Konzervace tkání ochlazením se také používá u transplantací, ať už pro transport orgánů, nebo pro příjemce v případě transplantace srdce, která vyžaduje dočasné přerušení krevního oběhu.