Слово «гибернация» у наших современников ассоциируется в первую очередь с компьютером. Так называется один из режимов работы компьютерной операционной системы – нечто среднее между выключением и ждущим режимом. По-английски это так и называется – Hibernation, в русскоязычной же версии Windows до недавнего времени именовалось «спящим режимом», но начиная с версии Windows Vista, для обозначения его используется то же слово – гибернация.
Чем хороша гибернация? При переходе на такой режим содержимое оперативной памяти не теряется, а записывается на жёсткий диск, после этого электропитание можно отключить: содержимое никуда не денется! Когда вы включите компьютер, не придётся долго ждать инициализации драйверов (да и при уходе в гибернацию не приходится долго ждать их закрытия, как это бывает при выключении), приложения, которые были запущены на момент ухода в спящий режим, запустятся снова, и даже несохранённые документы будут целы.
Конечно, режиму гибернации присущи и некоторые недостатки – например, она требует немалого объёма дискового пространства, и если такового не хватает, этот режим может оказаться недоступным. Но в целом – весьма удобная функция, особенно для тех, кто не любит ждать или не имеет на это времени. Только надо иметь в виду, что держать компьютер на таком режиме месяцами нельзя, из-за этого могут возникать сбои в системе, так что хотя бы раз в неделю не ограничивайтесь гибернацией, а делайте выключение.
Техника техникой, а ведь это слово пришло в компьютерный лексикон из… биологии.
В биологии гибернация иначе называется зимней спячкой (собственно, латинское слово hibernatia как раз и означает «зимовка»). Это приостановка жизненных процессов у животных при наступлении неблагоприятных условий: мороз, отсутствие пищи. Тяжелее всего пережить именно бескормицу, вот организм и «переходит на режим», когда питание не нужно (совсем как компьютеру в «спящем режиме» не так ли?) – обмен веществ замедлен до предела. Такое состояние достижимо только при полной неподвижности и снижении температуры тела. Поскольку обменные процессы с участием кислорода идут намного медленнее и не так интенсивно, как обычно, поэтому потребление его снижается, замедляется и сердцебиение животного. Проявляя активность, животное в таком состоянии и двух недель бы не протянуло, но в оцепенении оно так может пребывать не один месяц.
Когда речь заходит о зимней спячке, прежде всего, вспоминают о бурых медведях – обитателях наших лесов. Как раз у бурого медведя все процессы, связанные со спячкой, не особенно ярко выражены. Например, температура тела у мишек во время спячки снижается всего-навсего до 31 градуса (при норме 37) и при выходе из этого состояния довольно быстро повышается до нормы, так что биологи даже не считают состояние, в которое впадают медведи зимой, гибернацией в настоящем смысле.
Иное дело – грызуны и насекомоядные. Например, у ежей во время гибернации температура тела снижается до 1,8 градуса. У сурков этот показатель несколько выше – 10 градусов, но сердцебиение замедляется до 5 ударов в минуту, а дыхание – до одного вдоха в 2-3 минуты.
Наряду с гибернацией существует и другая сезонная спячка – летняя, она называется эстивацией. Эстивация присуща тем животным, для которых наиболее неблагоприятные условия наступают в самое жаркое время года – т.е. обитателям пустыни, например, африканским земляным белкам. Более того, животное может впадать в спячку и при внезапном наступлении неблагоприятных условий. Например, люди, которым доводилось держать дома сурка, замечали, что зверёк на короткое время впадает в спячку после того, как его мыли, подстригали ему когти или просто помещали в незнакомую обстановку.
Гибернация может быть и искусственной. Основоположником такого метода лечения был французский физиолог А.Лабори. Он обратил внимание на то, что в шоковом состоянии организм пытается восстановить нарушенный гомеостаз (устойчивое внутреннее равновесие), истощает силы в этой борьбе, и тогда наступает фаза декомпенсированного шока – попытки восстановить гомеостаз прекращаются, и в самых тяжёлых случаях организм погибает. Значит, надо сделать гомеостаз таким, чтобы его поддержание не требовало больших усилий, тогда организм получит возможность основные силы бросить на устранение повреждений… но ведь именно таким бывает гомеостаз при зимней спячке у животных! И вот – с помощью специальных препаратов человека погружают в состояние, напоминающее зимнюю спячку животных – при этом организму легче перенести кислородное голодание, шок и другие тяжёлые состояния.
Вот так человек учится у природы – и в области медицины, и в области компьютерных технологий!
Что такое гибернация, впервые стало известно в 70-х годах прошлого века. Понятие искусственной гибернации ввел французский патофизиолог А. Лабори. Метод разработан специально для того, чтобы предотвратить наступление тяжелой стадии шока, развивающейся на фоне травм и заболеваний.
Что значит гибернация
Термин «гибернация» в переводе с латинского означает «зимняя спячка». Искусственная гибернация вызывается применением лекарственных препаратов, блокирующих активность нейроэндокринной системы. Проводится искусственная гибернация в условиях действия чрезвычайных повреждающих факторов с целью защиты от их воздействия организма пострадавшего. Такими повреждающими факторами являются тяжелые травмы, ожоги, инфекционные заболевания, обширный инфаркт миокарда 
и так далее.
А. Лабори все проявления реакции организма на тяжелое повреждение разделил на три группы синдромов:
- первичный синдром – результат непосредственного воздействия на организм того или иного фактора;
- синдром реакции – ответ организма на воздействие внешнего фактора; активизируется действие нейроэндокринной системы с выделением большого количества нейромедиаторов (адреналина, гистамина, серотонина), активизирующих защитные силы организма с целью компенсации повреждающего действия внешнего фактора;
- вторичный синдром повреждения – нарушения, связанные с длительным существованием синдрома реакции – происходит истощение компенсаторных возможностей организма, организм отказывается от борьбы, кровеносные сосуды теряют сократительную способность, падает артериальное давление, наступает тяжелая стадия шока, которая приводит к гибели пострадавшего.
Для того чтобы избежать наступления тяжелой стадии шока, А. Лабори предложил вводить пострадавшего в такое состояние, при котором интенсивность синдрома реакции будет значительно снижена. Это позволит организму пережить период наибольшего внешнего воздействия и через определенный период времени восстановить нарушенного равновесие.
Как проводится гибернация
Состояния гибернации можно достичь, замедлив обменные процессы в организме и подавив нейроэндокринные реакции. А так во всех этих процессах большое значение имеет присутствие нейромедиаторов (веществ, с помощью которых передается нервное возбуждение), именно на них и оказывается основное воздействие. Так, нейромедиатор адреналин повышает обмен веществ 
, а нейромедиатор ацетилхолин его снижает. Поэтому для проведения гибернации необходимы лекарственные препараты, подавляющие секрецию адреналина и стимулирующие секрецию ацетилхолина. Снижению обмена веществ 
также способствует снижение температуры тела (искусственная гипотермия).
Достичь состояния гибернации можно при помощи лекарственных препаратов из группы нейролептиков (А. Лабори рекомендовал для этой цели аминазин) – они вызывают у человека особое состояние, получившее название нейроплегии.
Нейроплегия обеспечивает стабильное состояние покоя нейроэндокринной системе и поддержание нормального, но сниженного по интенсивности обмена веществ, несмотря на тяжесть агрессии, которой подвергается организм.
Кроме нейролептиков для проведения искусственной гибернации используются антигистаминные (подавляют выделение гистамина), симпатолитические (подавляют выделение адреналина) и обезболивающие препараты. Эти препараты вводятся в виде смесей, получивших название литических коктейлей. Взаимное потенцирование (усиление) действия компонентов коктейля позволяет применять их в небольших дозах в виде дробного, постепенного, но непрерывного введения. При длительной гибернации состав коктейлей ежедневно меняют для того, чтобы избежать привыкания.
Сон и гибернация – отличия
В состоянии гибернации глаза больного могут быть открыты, зрачки сужены, но хорошо реагируют на свет (расширяются в темноте и суживаются на свету). Кожа сухая, теплая, естественного цвета. Пульс слегка ускорен (до 90-100 ударов в минуту), артериальное давление понижено по сравнению с индивидуальной нормой пострадавшего. Если не применяется специальное охлаждение организма (искусственная гипотермия), температура тела снижается незначительно (до 36˚ и немного ниже).
Сон животных - это почти всегда период редуцированной двигательной активности. В природе существует целый спектр физиологических состояний адаптивного поведения - от почти постоянного пребывания в покое до почти постоянного движения без отдыха, и сон, по своей глубине и продолжительности, занимает в этом ряду лишь промежуточное место.
Шкала двигательной активности от полной неподвижности во время спячки до полного отсутствия периодов покоя. Источник: Siegel , 2009 (Nature Rev . Neurosci .).
По одну сторону этой шкалы - животные, сон которых приспособился к специфическим условиям среды обитания, требующей постоянного движения (морские млекопитающие, мигрирующие птицы) . Поэтому складывается ошибочное впечатление, что такие животные не спят вообще.
По другую же сторону находится целый ряд животных, у которых помимо сна в процессе эволюции выработалось особое инертное состояние - гипобиоз . Это периоды покоя, позволяющие организму значительное пребывать время в неактивном состоянии. Кажется, что такие животные спят большую часть жизни.
Гипобиотические состояния сопровождаются пониженным уровнем метаболизма (или полным его прекращением) и обусловлены необходимостью адаптироваться к окружающей среды. Такая способность позволяет живым организмам сохранить энергию и пережить неблагоприятные условия.
Главное отличие гипобиоза от сна — это сниженная потребность в энергии, тогда как, сон — это очень энергозатратный процесс, требующий высокого уровня метаболизма.
Каким бывает гипобиоз?
В 1959 году британский энтомолог David Keilin предложил классифицировать гипобиотические состояния по скорости метаболизма -
Скорость метаболизма, обеспечивающая нормальную температуру тела, позволяет организму вести активный образ жизни, питаться, расти и размножаться. Если же скорость падает, то организм переходит в режим гипобиоза - пониженной активности.
В зависимости от того, насколько сильно угнетается активность во время гипобиоза, выделяют состояния, характеризующиеся пониженным (hypometabolism ) или отсутствующим (ametabolism ) обменом веществ.
Пониженный метаболизм характерен для эволюционно более развиты животных, способных впадать с состояние покоя или оцепенения (dormancy / torpor ) при наступлении регулярно повторяющихся неблагоприятных условий.
Сюда входят такие состояний, как зимняя спячка (hibernation ),
летняя спячка () - адаптация к жаре и засухе,
диапауза (diapause) - спячка, наблюдаемая в определенные периоды развития организма,
покой (quiescence ) и однодневное оцепенение (daily torpor ) , которое позволяет, например, некоторым птицам пережить холодные ночи.
Эти виды оцепенения запрограммированы генетически и начинают реализовываться заблаговременно, т.е. до реального наступления неблагоприятных условий.
Диапауза запускается и заканчивается внутренними сигналами организма, что позволяет подготовиться к неблагоприятным условиям заранее. Однако, если условия среды улучшились «раньше срока», то выйти из диапаузы животное все равно не сможет, так как механизмы выхода весьма сложно устроены и требует определенного времени и энергии.
Состояние покоя управляется факторами внешней среды, и при улучшении условий животное сразу выходит из этого состояния.
Вторая группа гипобиотических состояний, аметаболизм (прекращение обмена веществ) - это удел эволюционно древних организмов - бактерий, простейших, мелких ракообразных и др., способных впадать в состояние латентной жизни (latent life ) . Сюда относятся, в порядке увеличения степени угнетения жизненных функций: криптобиоз (cryptobiosis ) , анабиоз (anabiosis ) и абиоз (abiosis ) .
По большому счету между ними нет принципиальной разницы, и их часто объединяют в одно состояние анабиоза. Если анабиоз вызывается обезвоживанием, то это ангидробиоз (anhydrobiosis ) , если экстремально низкими температурами, то криобиоз (cryobiosis ) , если отсутствием кислорода, то аноксибиоз (anoxybiosis ) , если экстремальным уровнем соли в окружающей среде, то осмобиоз (osmobiosis ) и т.д.
Анабиоз - это самое глубокое подавление физиологических функций, вплоть до отсутствия признаков жизни. Как правило, анабиоз наступает при ухудшении условий существования и является адаптацией к неблагоприятным условиям (отсутствие влаги, низкие или высокие температуры и т.д) .
Так, личинки коловраток (Bdelloid rotifers) , простейших ракообразных артемий (Brine shrimp) , комаров-звонцов (Polypedilum vanderplanki) , а также дрожжи впадают в ангидробиоз, претерпевая почти полное высушивание. Механизмы резистентности к высушиванию до конца не изучены, но считается, что для некоторых организмов решающим является накопление в клетках большого количества сахара трегалозы.
Чрезвычайно интересным организмом являются тихоходки (Tardigrada) , которые могут впадать во все известные вида анабиоза: они выживают при высушивании, при экстремально низких температурах, при отсутствии кислорода, в условиях повышенной радиации, при увеличении концентрации токсинов (хемобиоз) и солей в окружающей среде.
В состоянии анабиоза их уровень метаболизма равен 0.01% от нормального, при этом они теряют до 99% воды. Это позволяет тихоходкам выжить в экстремальных условиях. Так, в 2007 году в эксперименте Европейского космического агентства тихоходки выжили после десятидневного пребывания в открытом космосе. Вероятно, это не предел, поскольку есть данные эксперимента «Биориск», в котором личинки комара-звонца провели на внешней стороне МКС более года и по возвращении на Землю показали 80%-ю выживаемость.
Ангидробиоз — высушивание, криобиоз — замораживние, осмобиоз — воздействие соленой среды, аноксибиоз — дефицит кислорода.
Тихоходка способна выжить, впадая в анабиоз, при любых ухудшениях условий обитания.
Особенность анабиоза в том, что живые организмы могут проводить в нем значительное время - десятки и даже сотни лет. И это не только простейшие организмы вроде бактерий и грибов, но и черви, моллюски, насекомые и амфибии.
Одним из рекордсменов анабиоза является представитель сибирской фауны - амфибия углозуб () . Известны случаи, когда углозубы пребывали в вечной мерзлоте 80 - 100 лет и благополучно возвращались к жизни после наступления благоприятных условий.
Во время анабиоза температура их тела может опускаться до -6°С. Их печень синтезирует глицерин, составляющий 37% массы тела, а кровь содержит антифриз, не позволяющий образовываться кристалликам льда.
Антифриз содержится также в гемолимфе насекомых, в крови рыб и млекопитающих, причем не только тех, кто впадает в спячку, но и тех, кто постоянно живет в условиях низких температур. Например, антифриз рыб, живущих в водах Арктики и Антарктики (арктическая треска, нототениевидные рыбы) не позволяет им замерзнуть в ледяной воде при температуре от - 1.9 до 4°С.
Чаще всего в роли антифриза выступают гликопротеины (специализированные полипептиды) или глюканы (на основе фрагментов сахара) , такие как ксиломаннан, выделенный из арктического жука (Upis ceramboides) , способного переносить температуру до -60°С.
Эти молекулы прикрепляются к поверхности зарождающихся внутри клеток тела кристалликов льда, препятствуя их дальнейшему росту, а также взаимодействуют с клеточными мембранами, защищая их от холодового воздействия.
Исследования на аляскинской лесной лягушке (Rana sylvatica ) показали, что перед впадением в анабиоз, который продолжается 2-3 месяца и сопровождается падением температуры тела до -6°С, их печень сильно увеличивается, вырабатывая повышенное количество гликогена. Во время процесса вхождения в состояние анабиоза гликоген превращается в глюкозу, которая наряду с молекулами мочевины сохраняет структуру клеток и снижает температуру замерзания крови.
Гибернация ( спячка)
При гибернации метаболизм не исчезает совсем, но остается на некоем минимально допустимом уровне (до 2-3% от нормального) . В спячку могут впадать многие теплокровные животные: грызуны, ежи и другие насекомоядные, ехидна, опоссум, летучие мыши, медведи, бурундуки, один вид лемура, сумчатые и т.д.
Некоторые рептилии также впадают в спячку, которая называется брумацией - аналог гибернации с признаками анабиоза. Интересно, что птицы, за исключением козодоев, не способны к гибернации.
В отличие от анабиоза, к спячке нужно подготовиться: «нагулять жир» и подготовить место для спячки (гнездо, нора и т.д.) . Это обусловлено тем, что спячка связана не с резкими ухудшениями условий, а с регулярными сезонными.
Существует зимняя спячка, связанная с малодоступностью пищи в зимнее время и летняя спячка, характерная для обитателей пустынь. Есть животные, которые впадают и в зимнюю и в летнюю спячку (среднеазиатский песчаный суслик) .
При спячке все физиологические функции сильно замедляются (дыхание, сердцебиение) , но не исчезают совсем. Так, сердцебиение во время гибернации снижается с 200-300 ударов в минуту до 3-5, частота дыхания - с 100-200 дыхательных движений в минуту до 4-6. При этом исчезают механизмы терморегуляции, то есть резко падает температура тела, обычно до уровня 10˚С, но может доходить и до 2-3˚С, как у сусликов.
Температура тела арктических земляных белок (Spermophilus parryii ) может опускаться до -5˚С, но это скорее исключение.
Продолжительность спячки может доходить до 8 месяцев, и это еще одно отличие от анабиоза: спячка генетически запрограммирована на определенное время года, т.е. на сухой или холодный сезон. Даже если, по какой-то причине, благоприятные условия не наступили или, наоборот, наступили слишком рано, животные выходят из спячки независимо от внешних условий в строго определенный момент времени, реализуя программу поведения, заложенную на генетическом уровне.
Такие животные, как белки и енотовидные собаки могут впасть в нерегулярную спячку при внезапном наступлении неблагоприятных условий. Такое поведение не детерминировано генетически и является факультативным. Это не настоящая гибернация, а форма покоя (quiescence ) .
Медведь не впадает в спячку , как многие думают. Медведи впадают в зимний сон или дрему, которая не сопровождается существенным снижением температуры тела, и из которого животное может легко выйти. Более того, медведица приносит потомство именно в период дремы.
Паттерн сезонной активности сирийского хомячка (Mesocricetus auratus ), состоящий из отдельных циклов оцепенения-пробуждения.
Гибернация искусственная
Гибернация искусственная (латинское hibernatio зимняя спячка) - метод фармакологического воздействия на организм, направленный на защиту и сохранение его жизнедеятельности в условиях действия чрезвычайных повреждающих факторов окружающей среды (хирургическое вмешательство, травма, ожоги, инфекционные заболевания и другое). Может быть использована как один из компонентов комбинированной анестезии, а также в комплексе мероприятий интенсивной терапии по лечению тяжелых состояний, обусловленных шоком, интоксикацией, инфекционным заболеванием и так далее.
Основоположник метода гибернации искусственной - французский патофизиолог А. Лабори. Согласно его взглядам, шок возникает вследствие срыва физиологических реакций, направленных на поддержание гомеостаза.
Вначале симптомы шока завуалированы нейроэндокринной реакцией, наиболее важным моментом которой является усиленное выделение адреналина, способствующего поддержанию кровообращения в жизненно важных органах и в первую очередь в центральной нервной системе (период компенсированного, или латентного, шока). Если действие повреждающего фактора продолжается, то после безуспешных попыток восстановить гомеостатическое равновесие во время скрытой фазы шока организм внезапно отказывается от борьбы. Возникает и нарастает атония сосудов, и наступает следующий период - фаза декомпенсированного шока, нередко завершающаяся смертью.
Все проявления реакции организма на повреждающее воздействие, по А. Лабори, можно подразделить на три группы: 1) первичный синдром повреждения (lesional syndrome) - расстройства, нарушения функции и повреждения, которые являются непосредственным результатом воздействия внешнего агента; 2) синдром реакции (reactional syndrome) - комплекс рефлекторных нейровегетативных и эндокринных реакций, возникающих как ответ организма на воздействие внешнего фактора и вызванные им повреждения; 3) вторичный синдром повреждения - нарушения и расстройства, возникающие вторично в связи с длительным существованием синдрома реакции, являющегося чисто функциональным.
Основу синдрома реакции составляет рефлекторная деятельность вегетативной нервной системы с выделением медиаторов и других биологически активных веществ (адреналина, ацетилхолина, гистамина, серотонина) и деятельность эндокринной системы, главным образом гипофиза и надпочечников. При вторичном синдроме повреждения органические изменения связаны с беспорядочностью (дисгармоничностью) некогда защитных реакций, утративших поэтому свое приспособительное значение.
Помощь организму в борьбе с грозными нарушениями физиологического равновесия может осуществляться либо за счет увеличения силы и длительности защитных реакций организма, либо достижением такого состояния, при котором интенсивность реакции будет значительно снижена, что поможет организму пережить период наибольшего внешнего воздействия и в последующем восстановить нарушенное равновесие
Ослабление реакции организма может быть достигнуто с помощью снижения обмена веществ и торможения нейроэндокринной системы, что Лабори считает одной из важнейших задач анестезии во время операции и терапевтических мер при лечении таких тяжелых состояний, как шок. По мнению А. Лабори, уровень основного обмена зависит от нейрогормональных медиаторов (адреналин, ацетилхолин и других). Адреналин повышает основной обмен, а ацетилхолин его снижает. Следовательно, всякий препарат, который тормозит освобождение адреналина и способствует действию ацетил холина, уменьшает обмен и наоборот. Этому же может способствовать гипотермия (смотри Гипотермия искусственная).
Поиски средств, обладающих подобными свойствами, завершились внедрением в клин, практику большой группы фармакологических препаратов - производных фенотиазина, получивших название нейроплегики, а вызываемое ими своеобразное состояние было названо нейроплегией. Наряду с производными фенотиазина при проведении гибернации искусственной используют также ганглиоблокирующие, антигистаминные, симпатолитические, анальгетические препараты и другие. Таким образом, основу метода гибернации искусственной составляет блокада нейровегетативных и эндокринных реакций. Существенным, но необязательным элементом гибернации искусственной является гипотермия, достигаемая физическим охлаждением больного.
