سنجاب الأرض القطبي: مصدر إلهام لعلاجات جديدة لأمراض القلب والدماغ

لا يستطيع كائن من الثدييات البقاء على قيد الحياة عند درجات حرارة للجسم أقل مما يتحمله ما يعرف بـ "سنجاب الأرض القطبي"، الذي يُلهم سباته شديد البرودة العلماء لتطوير علاجات جديدة للنوبات القلبية والسكتات الدماغية وإصابات المخ.

تدرك أنثى سنجاب الأرض القطبي، في أغسطس/آب، مع اقتراب نهاية فصل الصيف وقلة ساعات النهار، أن الوقت حان لتكوين مخزون من الدهون، لذا يجوب هذا الحيوان الصغير، ذو اللون النحاسي، سهول التندرا بحثاً عن أي غذاء يمكنه العثور عليه، من أعشاب ونباتات وأوراق، حتى يعود إلى جُحره ليدخل في سبات شتوي عميق، وعلى عمق نحو متر تحت سطح الأرض، تتباطأ وظائف جسمه للغاية، ومع اقتصار التنفس ونبض القلب على بضع مرات في الدقيقة، يسهل اعتباره ميتاً.

وفي ظل تجمد الأرض فوقه تماماً وبلوغ درجة حرارتها 20 درجة مئوية تحت الصفر، تنخفض درجة حرارة جسمه هبوطاً حاداً، والغريب أن حرارة الدماغ تنخفض إلى صفر درجة مئوية، بينما تصل درجة حرارة البطن إلى درجتين مئويتين تحت الصفر، وتنخفض حرارة الأطراف الخلفية إلى 2.9 درجة مئوية تحت الصفر، وهي أدنى درجة حرارة سُجِّل بقاء أي ثديي على قيد الحياة عندها.

ويظل سنجاب الأرض القطبي على هذه الحالة ثمانية أشهر من دون غذاء أو ماء، ولا يفيق إلا على فترات متباعدة، إلى أن ترتفع درجة حرارة الأرض ويعود إلى الحياة فوق سطحها.

وكحال العديد من الثدييات التي تعيش في الأجواء الشمالية، ينجو سنجاب الأرض القطبي من برودة الشتاء القاسية في كندا وألاسكا وسيبيريا عن طريق الدخول في حالة سبات، ويتميز بطول المدة التي يقضيها في هذه الحالة، كما ينفرد بقدرته على البقاء عند درجات حرارة جسم شديدة الانخفاض.

هذه الخصائص الفريدة جعلت سنجاب الأرض القطبي، موضوعاً مفضلاً للدراسة لدى العلماء الساعين إلى فهم الأسس البيولوجية التي تجعل السبات ممكناً، ليس بدافع الفضول العلمي فحسب، بل على أمل الاستفادة من هذه المعرفة مستقبلاً وتطبيقها على البشر.

وقد تساعد القدرة على إبطاء عملية التمثيل الغذائي لدى الإنسان الأطباء في كسب مزيد من الوقت في علاج الحالات الحرجة، مثل النوبات القلبية والسكتات الدماغية وإصابات المخ، كما قد تتيح تبريداً وقائياً يحافظ على الأعضاء الحيوية، وقد تمهد هذه الأبحاث السبيل، مستقبلاً، إلى إدخال رواد الفضاء في حالات من التعليق الحيوي، على نحو يساعدهم على اجتياز رحلات الفضاء الطويلة.

ولا تزال هذه الأبحاث في بداياتها، لكنها تُظهر بالفعل كيف يمكن لدراسة أكثر الحيوانات قدرة على البقاء في أصعب الظروف أن تسهم في الكشف عن استراتيجيات جديدة لتعزيز صحة الإنسان.

ويقول كوري ويليامز، عالم البيئة الفسيولوجية في جامعة ولاية كولورادو: "فسيولوجيتها مختلفة اختلافاً كبيراً، وفي ذات الوقت، يمكن إدراك أنه إذا أمكن الاستفادة من هذه الميزة وتطبيقها على البشر، فقد تكون لها فوائد عملية حقيقية".

ويُجري العلماء في جامعة ألاسكا فيربانكس دراسات على سناجب الأرض القطبية منذ ما يزيد على خمسين عاماً، ويبدو أن هذه القوارض لديها ساعة بيولوجية داخلية تُحدد لها، إلى جانب التغيّر في طول فترة النهار، موعد الدخول في السبات، إذ يحدث ذلك لدى الإناث في حدود شهر أغسطس/آب، في حين يبدأ لدى الذكور لاحقاً خلال بضعة أشهر.

بعد ذلك، ينقل العاملون السناجب من أماكن إيوائها إلى غرفة تبريد مظلمة تحاكي الظروف السائدة داخل جحور سباتها الطبيعية، وترقد الحيوانات في حالة تكوّر داخل أقفاص بلاستيكية فوق طبقة من القطن أو نشارة خشب.

وتقول سارة رايس، الباحثة المتخصصة في دراسة السبات بجامعة ألاسكا فيربانكس، إنه في بعض الدراسات يحمل العاملون في البداية الحيوانات واحتضانها لتعتاد على التعامل معها، فلا تستفيق عندما يجري العلماء سحب عينات الدم وإجراء القياسات الأخرى.

وتضيف أن أجسامها تكون شديدة البرودة، ومعدل تنفسها ونبضات قلبها يكون بطيئاً للغاية، حتى إنه "يصعب أحياناً التمييز بين كونها حية أم لا".

ويدرس زملاء رايس، ومن بينهم الباحث في السبات كيلي درو، العامل الذي يُحفّز على وجه التحديد تباطؤ عملية التمثيل الغذائي لدى هذه الحيوانات، بما يسمح بانخفاض درجة حرارة أجسامها إلى هذه المستويات المتدنية.

ولطالما استخدم الأطباء الثلج أو أدوية محددة لتبريد بعض المرضى الذين تعرضوا لنوبة قلبية أو سكتة دماغية، بهدف حماية الأعضاء الحيوية، مثل المخ، من نقص الأكسجين الذي يحدث في أثناء تلك الحالات، بيد أن هذه الاستراتيجية لا تنجح دائماً، كما أن تطبيقها قد يكون صعباً، لأن الجسم يبدأ بمقاومة التبريد ويسعى إلى استعادة دفئه من خلال الارتجاف.

ويقول درو إنه إذا تمكن العلماء من التوصل إلى وسيلة لإبطاء عملية التمثيل الغذائي لدى المرضى، وهو ما يسمح للجسم بأن يبرد بصورة طبيعية، فقد يكون ذلك أكثر فاعلية، "لأن الجسم لن يقاوم".

كما يسهم إبطاء عملية التمثيل الغذائي في الحفاظ على الأعضاء المخصصة للزرع لفترات أطول خارج الجسم، كذلك يساعد في حماية مرضى السرطان من الآثار الضارة للإشعاع، الذي يتسبب في نواتج ثانوية خطيرة في ظل عملية التمثيل الغذائي الطبيعية، وفقاً لما يقوله دومينيكو توبوني، أستاذ الفسيولوجيا العصبية في جامعة أوريغون للصحة والعلوم وجامعة بولونيا الإيطالية.

والأهم من ذلك، أن إبطاء عملية التمثيل الغذائي قد يتيح كسب مزيد من الوقت للمرضى الذين يمرون بحالات طبية حرجة، بدءاً من المصابين بالسكتات الدماغية الذين يقيمون على مسافات بعيدة من المستشفيات، وصولاً إلى الجنود الذين يتعرضون لإصابات في ساحات القتال (وهو أحد الأسباب التي دفعت مكتب أبحاث الجيش الأمريكي ووزارة الدفاع الأمريكية إلى تمويل الأبحاث المتعلقة بسناجب الأرض القطبية).

وتقول رايس: "إذا أمكن حقاً إبطاء عملية التمثيل الغذائي بصورة آمنة ولمدة طويلة، فسيكون بالإمكان كسب مزيد من الوقت لعلاج الحالات المرضية الحرجة".

جدير بالذكر أن كيلي درو وزملاؤه اكتشفوا، قبل ما يزيد على عشر سنوات، أحد المحفزات المهمة للسبات لدى سناجب الأرض القطبية، المعروف باسم الأدينوسين، وهو جزيء طبيعي يتراكم في المخ البشري على مدار اليوم، ويُعتقد أنه يتسبب في الشعور بالنعاس بحلول المساء، وفي الواقع، لذا يعمل الكافيين على حجب مستقبلات الأدينوسين في الجسم.

وفي إحدى الدراسات المنشورة عام 2011، حقنت درو وزملاؤها أدمغة سناجب الأرض القطبية بعقار ذي تركيب كيميائي مماثل للأدينوسين يُعرف باسم "6-إن سيكلوهكسيل أدينوسين" ودخلت الحيوانات بالفعل في حالة شبيهة بالسبات، على الأقل عندما أُجريت التجربة في وقت قريب من موعد سباتها الطبيعي، كما تباطأت عملية التمثيل الغذائي لديها، وتوقفت أجسامها عن إنتاج الحرارة، "ثم انخفضت حرارة أجسامها بطريقة تشبه السبات إلى حد كبير"، بحسب ما قالت درو.

ومن اللافت أن هذا الجزيء يُحدث تأثيراً مماثلاً في الفئران العادية، على الرغم من أن هذا النوع من الحيوانات لا يدخل في سبات بصورة طبيعية، ففي دراسة أُجريت عام 2013، حقن دومينيكو توبوني وزملاؤه المادة في أدمغة فئران، ولاحظوا انخفاض درجة حرارة أجسامها الأساسية من 38 درجة مئوية إلى نحو 28 درجة مئوية، ويقول توبوني إن درجة الحرارة لم تنخفض إلى ما دون ذلك، لأن درجة حرارة البيئة المحيطة كانت تُحافظ على مستوى معتدل وآمن.

كما أظهرت الفئران، عند مقارنتها بسناجب الأرض القطبية خلال السبات، أنماطاً متشابهة من النشاط الكهربي في الدماغ، فضلاً عن بطء نبضات القلب وعدم انتظامها على نحو مماثل.

ولا يزال السبب الذي يمنح الفئران القدرة على الدخول في حالة شبيهة بالسبات غير معروف، ويرجح توبوني أن الثدييات في الماضي كانت تدخل في السبات، وأن العديد من الأنواع احتفظت بالآليات الجزيئية التي تتيح حدوثه، ويرى أن هذه التجربة تُثبت إمكانية تحفيز السبات في حيوانات لا تدخل فيه بطبيعتها.

وعلى الرغم من ذلك فإن تطبيق هذه النتائج على البشر ليس بالأمر السهل، ويوضح درو أن حقن أدوية شبيهة بالأدينوسين مباشرة في المخ يُعد إجراء تدخلياً بدرجة لا تسمح بتطبيقه عملياً في حالات الطوارئ الطبية، ويضيف أن إعطاء الأدينوسين عن طريق الحقن الوريدي قد يؤدي إلى آثار جانبية، من بينها تقلبات خطيرة في مستويات سكر الدم، أو حتى الإصابة بفشل القلب.

وتشير رايس إلى أنه، على الأقل في الوقت الراهن، لا يمكن خفض درجة حرارة جسم الإنسان إلى المستويات التي يصل إليها سنجاب الأرض القطبي، نظراً إلى امتلاكه آليات خاصة لتبريد أنسجته إلى درجات منخفضة للغاية.

وفي حين يواصل درو البحث عن وسائل تجعل استخدام الأدينوسين أكثر أماناً لدى البشر، يدرس توبوني استراتيجية أخرى لتحفيز عملية السبات، إذ نشر في العام الماضي دراسة أظهرت آثار تعطيل مجموعة محددة من الخلايا العصبية داخل أدمغة الفئران كيميائياً، وهي منطقة مسؤولة عن تنظيم درجة حرارة الجسم.

وعندما تكون هذه الخلايا العصبية نشطة، يعمل نظام تنظيم حرارة الجسم على الحفاظ على دفء حرارة الجسم الأساسية، ويمنع، على سبيل المثال، الانخفاض المفرط في الحرارة من خلال الارتجاف، كما يمنع ارتفاعها الزائد عبر توسيع الأوعية الدموية في الجلد لتبديد الحرارة.

بيد أن تعطيل هذه الخلايا يقلب النظام تماماً، عن طريق ظاهرة أطلق عليها توبوني وزملاؤه اسم "انعكاس تنظيم الحرارة"، إذ يبدأ الجسم بالسعي إلى درجة حرارة أقل، فتتباطأ عملية التمثيل الغذائي ومعدل ضربات القلب والتنفس، وتنخفض حرارة الجسم، ويفترض توبوني أن الأدينوسين قد يعمل بوصفه إشارة تُحفز الانتقال من دائرة تنظيم الحرارة الطبيعية إلى الدائرة البديلة.

ويتعاون توبوني حالياً مع درو لمعرفة إذا كانت هذه الدائرة البديلة لتنظيم الحرارة هي أيضاً المسؤولة عن تحفيز السبات لدى سناجب الأرض القطبية، وقد يسهم هذا البحث في تمهيد الطريق لتطوير علاجات تعمل على تعطيل الخلايا العصبية المسؤولة عن ذلك.

ويقول توبوني: "إذا استطعنا تحقيق ذلك، سنتمكن من إحداث حالة منظمة تشبه السبات لدى البشر لأغراض علاجية".

ولا يوجد حتى الآن دليل يثبت وجود دائرة تنظيم الحرارة البديلة لدى البشر، وعلى الرغم من أن حالات انخفاض حرارة الجسم لدى الإنسان تكون مميتة في كثير من الأحيان، فقد سُجلت حالات نادرة نجا فيها أشخاص من درجات حرارة منخفضة للغاية لفترة من الزمن.

فمنذ ما يزيد على عشر سنوات، في بلدة تريسكو بولاية بنسلفانيا، نجا رجل من انخفاض شديد في حرارة الجسم بعدما فقد وعيه أثناء عودته إلى منزله بعد سهرة ليلية، وبقي ملقى في طبقة من الثلج بلغ سمكها قدمين (0.6 متر)، وعندما عُثر عليه، كانت درجة حرارة جسمه لا تتجاوز 18 درجة مئوية، ومع ذلك تبيّن أنه لا يزال حياً بعد تدفئته طبياً.

ويقول مارك روث، أستاذ الكيمياء الحيوية وبيولوجيا الخلية في مركز فريد هاتش للسرطان بالولايات المتحدة: "ربما لا تختلف الحيوانات التي تدخل في سبات عن غيرها عندما تواجه ظروفاً قاسية. وربما تكون قدرة القوارض أو سناجب الأرض على عمل ذلك أكثر وضوحاً، بينما تكون أقل وضوحاً لدى البشر، لكنها قد تكون موجودة لديهم أيضاً".

وانصب اهتمام روث وغيره من العلماء على قدرة سناجب الأرض القطبية على مقاومة أنواع معينة من الإصابات، من أبرزها إصابة نقص التروية وإعادة التروية، وهي إصابة تنشأ عندما يعود تدفق الدم إلى عضو حُرم من الأكسجين بسبب سكتة دماغية أو نوبة قلبية، على سبيل المثال، إذ يؤدي التدفق المفاجئ للأكسجين والخلايا المناعية إلى الالتهاب وموت الخلايا.

وتوضح رايس أن سناجب الأرض القطبية تبدو مقاومة لهذا النوع من الإصابات، وربما يرجع ذلك إلى تكيّفها مع انخفاض تدفق الدم ونقص الأكسجين اللذين يميزان حالة السبات.

وفي دراسة نُشرت عام 2020، توصل كيلي درو ومارك روث وسارة رايس وزملاؤهم إلى أحد التفسيرات المحتملة لذلك، وخلصوا إلى أن تركيز اليوديد في دم سناجب الأرض القطبية، وهي مادة تُستمد من الغذاء الحيواني وتؤدي وظائف مهمة في الجسم، يرتفع أثناء السبات إلى ثلاثة أمثال مستواه الطبيعي.

ويبدو أن هذه المادة توفر حماية من إصابة نقص التروية وإعادة التروية، فعندما استخدم العلماء رباطاً ضاغطاً لقطع تدفق الدم عن أطراف الفئران، ثم حقنوها باليوديد، تعرضت الفئران لتلف أقل في الأنسجة مقارنة بتلك التي تلقت حقنة من محلول ملحي.

ودفعت هذه النتائج وغيرها مارك روث وشركته "فاراداي فارماسيوتيكالز" إلى استكشاف فوائد إعطاء اليوديد للمرضى، ففي دراسة طبية من المرحلة الثانية أُجريت عام 2022، أعطى الأطباء علاجاً يحتوي على اليوديد لعشرات المرضى قبل خضوعهم لعملية رأب الأوعية الدموية، وهي عملية لتوسيع الأوعية الدموية الضيقة أو المسدودة، بعد تعرضهم لنوبة قلبية شديدة.

ويقول ويليامز: "إذا كنا نفكر في تطوير أدوية تُستخدم لمكافحة السمنة، فمن المحتمل أن نستهدف المسارات العصبية ذاتها".

ويرجّح العلماء أن الأبحاث المتعلقة بسنجاب الأرض القطبي قد تكون مفيدة حتى لرواد الفضاء خلال رحلات الفضاء الطويلة، وهو ما يفسر جزئياً تمويل وكالة ناسا لبعض أبحاث كيلي درو.

ويقول درو إنه، من الناحية النظرية، قد يؤدي إدخال رواد الفضاء في حالة من التعليق الحيوي إلى تقليل كمية الغذاء المطلوبة، وخفض كمية الفضلات الناتجة، فضلاً عن المساعدة في الحد من فقدان الكتلة العضلية الذي يحدث في بيئة انعدام الجاذبية، وتوفير الحماية من الإشعاعات الخطرة في الفضاء.

ويضيف: "أن هذه الحالة قد تخفف أيضاً بعض التحديات النفسية المرتبطة بوجود عدد كبير من الأشخاص داخل مركبة فضائية صغيرة".

وفي أعماق التندرا القطبية، لا تزال أمام أنثى سنجاب الأرض القطبي عدة أشهر قبل قدوم الربيع، وبينما ترقد ساكنة في سباتها المتجمد، يواصل العلماء استكشاف الطريقة التي يمكن أن تسهم بها بيولوجيتها الفريدة في مساعدة البشر على سطح الأرض على البقاء والنمو، وربما، يوماً ما، على السفر نحو النجوم.