Ibernazione

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L'ibernazione è una condizione biologica in cui le funzioni vitali sono ridotte al minimo, il battito cardiaco e il respiro rallentano, il metabolismo si riduce e la temperatura corporea si abbassa.

È spesso utilizzato come metodo di animazione sospesa per gli esseri umani nella fantascienza.

Regno animale[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Quiescenza.

Ricorrono alla quiescenza (uno stato in cui i processi metabolici sono estremamente rallentati) diversi tipi di invertebrati, ma anche anfibi, rettili, mammiferi come l'orso bruno, il tasso, la marmotta, in special modo in inverno nelle regioni fredde o temperate. L'ibernazione differisce dal letargo perché non è un vero lungo sonno: gli animali ibernati possono reagire a stimoli, seppure in modo torpido.

L'adattamento permette a questi animali di sopravvivere in una condizione di ibernazione grazie all'alta concentrazione di sostanze nel circolo sanguigno che impediscono all'acqua di congelare. Varie sostanze, come sali, urea, acido urico o altro, impediscono all'acqua presente nel plasma sanguigno e nel citoplasma di cristallizzare e di distruggere così le membrane cellulari.

Il letargo è un comportamento caratteristico di alcuni mammiferi e rettili che durante la stagione fredda riducono le proprie funzioni vitali e rimangono in stato di quiescenza. Durante questo periodo si nutrono di riserve di grasso immagazzinate durante i mesi autunnali. Fra gli animali che vanno in letargo ricordiamo gli orsi, i procioni, i gliridi, i pipistrelli, le tartarughe di terra del genere Testudo ed altri rettili.

Durante la fase letargica, la temperatura corporea dell'animale si abbassa, di poco in alcune specie (passando da 37 a 31 °C negli orsi) fino a raggiungere anche i -2 °C in altre specie. Occorre però precisare che quello degli orsi non è un vero e proprio letargo.

Il ricovero degli animali che vanno in letargo si chiama generalmente tana.

Utilizzi in medicina[modifica | modifica wikitesto]

In chirurgia, si parla di ipotermia preventiva per l'abbassamento artificiale della temperatura corporea del paziente per ridurne i processi vitali durante particolari interventi chirurgici, nella fattispecie interventi di cardiochirurgia e neurochirurgia e in alcuni pazienti che hanno subito ipossia cerebrale (es dopo rianimazione cardiopolmonare). Temperature basse ma superiori al punto di congelamento vengono utilizzate per conservare temporaneamente gli organi destinati al trapianto.

L'ibernazione in azoto liquido (meglio detta crioconservazione) è utilizzata per la conservazione di spermatozoi ed embrioni umani. Risulta impossibile infatti per motivi tecnici legati alla velocità di congelamento e scongelamento conservare parti di dimensioni maggiori.

Le prime ipotesi sulla possibilità di usare il freddo per conservare gli spermatozoi risalgono alla fine del Settecento. Nella seconda metà dell'Ottocento il fisiologo Paolo Mantegazza pensava a una banca per conservare lo sperma dei soldati in partenza per la guerra, proponendo di farlo con neve e ghiaccio. I primi esperimenti di congelamento risalgono ai primi decenni del XX secolo; per molto tempo l'interesse rimase concentrato soprattutto sulla conservazione di spermatozoi bovini a scopo zootecnico.[1] Solo nel 1960 l'americano Jerome Sherman diede il via ai primi esperimenti di congelamento in azoto liquido.[2]

Crioconservazione[modifica | modifica wikitesto]

In numerosi racconti di fantascienza l'ibernazione - vista come uno dei possibili metodi di animazione sospesa - è un importante espediente narrativo. Anche in alcune riviste[senza fonte], si teorizza la possibilità di ibernare un intero individuo prima della morte cerebrale in caso di coma irreversibile, oppure per evitare la morte a causa di un male incurabile, in attesa di future scoperte scientifiche in grado di fornire una cura, oppure per vivere una seconda vita, o ancora come metodo unidirezionale di viaggio nel tempo verso un'epoca futura e (ipoteticamente) migliore. Evidentemente per un fatto etico e legale è possibile solo la crioconservazione di corpi morti per cui sfruttando il lasso di tempo che passa dal blocco del battito cardiaco alla morte cerebrale si effettua il congelamento sperando di conservare intatte le strutture nervose.

Secondo i sostenitori della crioconservazione, in futuro dovrebbe essere possibile sviluppare una tecnologia in grado di ripristinare completamente le funzioni vitali dei corpi ibernati. In questa ipotesi, al momento del risveglio il corpo riacquisterebbe il fisico che aveva prima della conservazione; ovvero, il tempo del congelamento non determinerebbe un invecchiamento. Anche se fossero passate decine di anni, l'età biologica del corpo sarebbe rimasta la stessa come gli anni di vita che può ancora avere.

Limiti teorici alla crioconservazione[modifica | modifica wikitesto]

Il corpo scambia massa ed energia con l'esterno. Come sistema aperto, non risente del principio di aumento d'entropia che vale in quelli isolati. Tale principio associa l'età del sistema all'entropia ed esclude la possibilità del sistema di tornare alle condizioni di un'età più giovane (teorema del tempo). Comunque, l'ibernazione non è in grado di ringiovanire il corpo e quindi di allungarne la vita (con ibernazioni-ringiovanimenti dell'età biologica successiva); L'ibernazione non aumenta la durata della vita che resta la stessa possibile al corpo di un non-ibernato (80 anni di vita media, 120 per i più fortunati); ritarda l'invecchiamento senza rallentarlo e, se usata con ibernazioni successive, consentirebbe di vivere in epoche diverse. L'idea fondamentale alla base dell'ibernazione è quella di prendere tempo, sperando che quando si verrà scongelati esistano nuove tecnologie di clonazione e nanooperazione che permettano di rigenerare, sostituire e ristrutturare i tessuti vecchi e il corpo ormai sulla soglia della morte.

È da tenere presente che la carne di un animale non può essere congelata in freezer più d'una volta pena la putrefazione del cibo; ciò desta sospetti sulla possibilità di ibernare a temperature molto inferiori un corpo. Le tecnologie di ibernazione infatti utilizzano i sistemi di vetrificazione e questo evita gli eventi nefasti derivanti dal congelamento.

Alcuni erroneamente paragonano i tempi di conservazione degli organi destinati a trapianto con gli organi ibernati. I primi vengono posti in una soluzione fisiologica e sono a tutti gli effetti vivi anche se posti ad una temperatura bassa ma superiore al congelamento. I secondi vengono prima trasfusi con le soluzioni vetrificanti e poi congelati sotto il punto di congelamento.
Nel caso di trapianti di organi umani non si utilizza mai la vetrificazione, l'unico esperimento con esito positivo nel settore è stato fatto dalla Alcor dell'Arizona con un fegato animale.
Da notare che gli embrioni, in questo caso congelati in azoto liquido a circa -197 °C (temperature dette criogeniche), non sopravvivono più di 5 anni; dopo 5 anni non hanno più possibilità di indurre una gravidanza se impiantati, e vengono distrutti. Non si conosce esattamente la causa di questa degenerazione e si suppone che col tempo avvengano reazioni chimiche di denaturazione delle proteine e di rottura della catene di DNA che oltre ad un certo accumulo portano alla morte delle cellule scongelate. Si presume quindi che gli stessi organi dentro il corpo in azoto liquido non possano durare anni o secoli. La speranza sta in una tecnologia di restauro molecolare.

L'aria è composta in prima approssimazione dal 20% di ossigeno e al 80% di azoto. A meno di 200 gradi sotto zero essa diventa liquida e ha la proprietà di vetrificare tutto ciò che vi viene immerso rapidamente. Se si velocizza il processo di raffreddamento e si usano sostanze antigelo si riesce a realizzare la vetrificazione dell'intero corpo.
Finora non si è mai tentato di riportare in vita un corpo ibernato. Non esiste al momento notizia documentata in letteratura scientifica di un corpo ibernato tornato in vita in quanto tutti i corpi finora ibernati appartengono a persone legalmente morte e scongelarle significherebbe semplicemente condannarle in modo definitivo.

La temperatura di un corpo è fornita dal moto degli atomi e delle molecole; l'energia cinetica derivante dal movimento è responsabile delle reazioni chimiche che avvengono. Maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità delle reazioni. Se pure la temperatura caratterizzata da totale assenza di movimento (zero assoluto) non è fisicamente raggiungibile, il congelamento a temperature molto basse (ottenute utilizzando, ad esempio, l'azoto liquido) consente di minimizzare l'energia del sistema e a raggiungere una condizione in cui le reazioni chimiche sono molto lente. Un sistema di questo tipo può in teoria restare per lunghi periodi sospeso senza modificazioni chimiche sostanziali.

Limiti della tecnologia[modifica | modifica wikitesto]

Molti comparano il congelamento alla vetrificazione, in caso di congelamento si ha il limite delle 24 ore al primo scongelamento e di 1 al numero delle ibernazioni, pena la putrefazione al momento dello scongelamento. Tutto ciò è dovuto all'azione dei batteri che presenti all'interno dei tessuti risultano rafforzati e più reattivi una volta scongelati. L'ibernazione post mortem si basa sulla vetrificazione, un processo in cui non si ha congelamento ma si crea una situazione in cui i liquidi corporei addizionati a sostanze antigelo si condensano e vetrificano senza cristallizzare e quindi senza danneggiare le pareti cellulari.

Con le tecniche di congelamento le cellule muoiono prima della stessa ibernazione. Quando si vetrificano, invece, queste restano sospese e una volta scongelate risultano funzionali; è stato trapiantato senza alcun effetto collaterale un fegato animale ibernato.[senza fonte] Sostanzialmente un sistema aperto come il corpo umano scambia energia ed invecchia. Immergerlo in azoto liquido significa farne un sistema isolato che è però di nuovo soggetto ad aumento d'entropia. Il congelamento serve a minimizzare questo aumento di entropia. L'ibernazione allunga la vita cellulare nel senso che l'invecchiamento della cellula che si manifesta in 5-10 anni di ibernazione si verificherebbe in molto meno tempo nella vita a "temperatura ambiente". L'ibernazione non aumenta la vita residua della cellula dopo lo scongelamento.

Il processo di crioconservazione dovrebbe essere "senza memoria", per cui la persona, dopo lo "scongelamento", non dovrebbe invecchiare più velocemente degli altri. Tale ipotesi chiaramente non si è mai potuta verificare sperimentalmente.

In sostanza la crioconservazione rallenterebbe l'invecchiamento, senza fermarlo, e, dopo lo scongelamento, non altererebbe i processi biologici dell'individuo.

È opportuno distinguere i limiti teorici della tecnologia da quelli della tecniche attuali.

I veri limiti della tecnica sono l'incapacità di riparare le inevitabili lesioni che si presentano in un certo numero di cellule a causa dei pur minimi eventi di cristallizzazione, l'incapacità di scongelare il corpo in modo omogeneo e repentino. Si ritiene che le tecnologie per ovviare a questi problemi si possano sviluppare entro pochi decenni a partire da alcune applicazioni già esistenti ma troppo grossolane per essere efficacemente applicate.

Crioconservazione postmortem[modifica | modifica wikitesto]

La crioconservazione post mortem si basa su tecnologie diverse da quelle della conservazione degli organi per il trapianto. Gli organi vengono posti in soluzioni fisiologiche a temperature basse ma non inferiori al punto di congelamento e man mano che il tempo trascorre subiscono processi di degenerazione dovuti alla reazione delle cellule alla mancanza di ossigeno. Vi sono studi innovativi (in Italia un articolo apparso su Focus) che hanno dimostrato che un repentino blocco dell'apporto di ossigeno alle cellule le mette in stand-by a differenza della situazione di rimozione del sangue che invece porta le cellule ad opporsi al calo di ossigenazione[senza fonte]. Vi sono alcuni ostacoli fondamentali relativi alla crioconservazione post mortem e sono precisamente:

  1. la rottura delle membrane cellulari da parte dei cristalli di ghiaccio che dovessero formarsi;
  2. la formazione di rotture del corpo ibernato sottoposto alla tensione dei diversi tessuti che hanno coefficienti di dilatazione diversi;
  3. la difficoltà allo scongelamento contemporaneo di tutte le parti del corpo.

In definitiva la ricerca si sta focalizzando per lo più sui primi due problemi il primo dei quali è quasi del tutto risolto grazie a una soluzione vetrificante che sostituita al sangue apporta antiossidanti e sostanze che impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio. Il secondo è per ora affrontato a posteriore mediante l'identificazione di queste rotture grazie a particolari microfoni che restano in ascolto. Si spera che le tecnologie che potrebbero portare allo scongelamento del corpo e successivamente alla riparazione della parti danneggiate e corrotte siano sufficientemente potenti da poter operare sugli inevitabili danni ai tessuti nervosi e sulle cause della morte.

In definitiva, se pur per un fatto culturale si rifiuta la possibilità di essere riportati in vita, risulta che quello che è stato possibile per un organo animale (esperimento alla Alcor) non possa per induzione essere impossibile per un corpo intero, umano o animale[senza fonte].

Filmografia[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi la voce L'animazione sospesa nella fantascienza.

Non sono molti i film di fantascienza che sono incentrati sul tema dell'animazione sospesa; tra essi, comunque, si ricordano:

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Galileo - Archivio Magazine
  2. ^ Repubblica.it/scienza_e_tecnologia: Manchester, è nato un bimbo dal seme congelato 21 anni fa

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

  • LIFEXT Research Group, Sito di riferimento italiano sulla Crionica, con Progetti di Ricerca, Divulgazione, Studio & Creazione di Gruppi di Supporto.