A hibernação é um estado de hipotermia controlado por vários dias ou semanas que permite aos animais conservar energia durante o inverno . Durante a hibernação, os animais desaceleram seu metabolismo a níveis muito baixos, diminuindo gradualmente a temperatura corporal e a frequência respiratória, e utilizam os depósitos de gordura corporal que foram armazenados durante os meses ativos.
A hibernação faz parte das estratégias de adaptação ao frio, junto com a migração , a resistência ao frio (pele de castor europeu , reservas de gordura de raposa polar , criopreservação natural ), ciclo de vida do inseto que permite passar, dependendo da espécie, para o estado de ovo, larva às vezes protegida por um casulo ou bainha, ou ninfa.
Um animal que alguns consideram erroneamente um hibernador é o urso . Isso ocorre porque, embora seus batimentos cardíacos diminuam, a temperatura corporal do urso permanece relativamente estável e pode ser facilmente despertada. O mesmo se aplica a texugos , guaxinins e gambás . Os ursos são semi-hibernadores, então falamos de hibernação .
Os animais considerados como hibernando são: marmotas , arganazes , leots , esquilos , ouriços , tenrec , setifer , nightjar de Nuttall , gambás, bem como alguns hamsters , ratos, morcegos .
Em relação aos animais de sangue frio , como sapos , lagartos , tartarugas ou certos peixes , falamos mais precisamente de nebulização .
Existem três tipos principais de desaceleração ou interrupção durante o inverno das atividades em homeotérmicos , apenas o último dos quais pode ser qualificado como hibernação adequada:
A grande maioria dos mamíferos é forçada a manter uma temperatura constante em um ambiente frio, regulando sua temperatura por meio de processos fisiológicos chamados termogênese .
Um estado semelhante no verão é a estivação (sono de verão ), adotada por exemplo pelo crocodilo do Nilo que se enterra na lama durante o período quente.
O animal mais antigo conhecido que pode ter sido capaz de hibernar é o Lystrosaurus , um terapsídeo endotérmico que viveu entre o Permiano Superior e o Triássico Médio.
Vários meses antes do período de hibernação, os hibernadores armazenam e consomem uma grande quantidade de alimentos . Por exemplo, o esquilo-terrestre passa de 150 gramas de massa corporal para 350 gramas. As reservas são essencialmente reservas lipídicas armazenadas sob a pele.
Os hibernantes então constroem sua toca, que é chamada de hibernáculo . O hibernáculo é escolhido para evitar variações térmicas significativas. Os animais se colocam em uma posição que mantém o máximo de calor, geralmente em forma de bola.
A temperatura do corpo do animal, em seguida, cair drasticamente até que a temperatura interna se aproximando uma ° C ou 2 ° C . A termorregulação não para e a termogênese começa novamente para manter a temperatura interna do animal em uma temperatura aceitável. A hibernação não é um estado passivo.
A diminuição da temperatura interna leva a um ajuste das várias funções. O metabolismo é reduzido em 98%.
Há uma diminuição:
O sistema nervoso é reativo. No entanto, apenas as áreas do cérebro que desempenham um papel nas funções vegetativas autonômicas (como a respiração ) permanecem verdadeiramente ativas. As outras regiões não apresentam atividade cortical espontânea. Mas o animal reage ao barulho, toque, etc.
Abaixo da temperatura corporal de 25 °, o eletroencefalograma é plano.
A diminuição da velocidade de circulação sanguínea requer uma diminuição de sua coagulabilidade para evitar o risco de formação de coágulos. Isso é feito reduzindo o nível de plaquetas e fatores de coagulação.
Os períodos de sono são caracterizados do ponto de vista respiratório, por surtos de ciclos respiratórios intercalados com apneias prolongadas (até uma hora no ouriço ou collant). A fraca troca gasosa nos pulmões contribui para o acúmulo no corpo de dióxido de carbono dissolvido, que acidifica o sangue (chamada acidose respiratória).
Durante a hibernação, ocorrem despertares periódicos em momentos variados, mas muito raros e cada vez mais frequentes quando chegamos ao fim da hibernação. O despertar dura algumas horas e corresponde a um rápido aumento da temperatura. Isso é para todos os hibernadores, com intervalos variáveis. Por exemplo, o hamster dourado acorda a cada 3 a 5 dias, enquanto o esquilo à terra acorda a cada 15 dias. Durante esses despertares, o animal se vira no hibernáculo, come, urina e volta a dormir. Experimentos de ablação de neurônios no hipotálamo mostraram uma supressão desses despertares e morte do animal. Estes despertares são portanto fundamentais, permitem nomeadamente eliminar os resíduos metabólicos, cuja acumulação é muito tóxica. Esses despertares envolvem a chamada termogênese dos tremores, ou seja, usando o tecido adiposo marrom. 90% da perda de peso durante a hibernação é devido a essas fases de vigília.
É notável que a área CA3 do cérebro de um animal em hibernação sofre as mesmas regressões sinápticas que o cérebro de uma pessoa com doença de Alzheimer . Mas em hibernadores, essas regressões são reversíveis e são consideradas o produto de hiperfosforilação de proteínas tau produzidas por células cerebrais (irreversíveis em pacientes com Alzheimer ou paralisia supranuclear progressiva ) e desfosforilação quando as conexões se reformam.
Para hibernadores sazonais, mesmo que a temperatura externa permaneça alta, o animal entra em hibernação. Em cativeiro e na ausência de estímulos externos, sempre há um fenômeno de hibernação, mas o ciclo começa cada vez mais cedo no ano. É um ritmo de hibernação endógeno, mas em condições naturais, a entrada em hibernação é ressincronizada pelas condições externas para começar e terminar em momentos estratégicos.
Fatores como fotoperíodo e temperatura sincronizam esses ritmos. Para a mesma espécie, o início da hibernação é mais precoce quando a população está mais ao norte ou mais alta em altitude .
O tipo de ácido graxo consumido influencia o metabolismo e a duração da hibernação. Gordura poliinsaturada que estimula / prolonga a hibernação; enquanto a gordura saturada reduz a hibernação.
As gorduras do tipo n-3 PUFA (gordura poliinsaturada rica em ômega 3) reduzem a hibernação, enquanto os n-6 PUFA (gordura poliinsaturada rica em ômega 6) promovem a hibernação.
Fatores internos, como reservas internas mais baixas ou um fator sanguíneo, foram destacados. Ao injetar o sangue de um esquilo terrestre hibernante em um esquilo terrestre não hibernante, descobrimos que ele hibernou. Fatores de hibernação interna, portanto, circulam no sangue (esses fatores ainda são mal compreendidos). De acordo com estudos recentes, a área pré-óptica do hipotálamo permite que o ponto de ajuste do corpo caia para 2 ° C em algumas espécies.
O sistema reprodutivo também se acredita estar envolvido na inibição hibernação. Experimentalmente, a injeção de testosterona causa o fim da hibernação.
No fígado são produzidas proteínas formando um complexo: HPc (complexo de proteínas de hibernação). Este complexo é composto pelas proteínas HP20, HP22, HP27 e HP55. Uma diminuição no nível sangüíneo desses HPc precede a hibernação. O ciclo é revertido ao nível do líquido cefalorraquidiano (LCR): na verdade, o nível máximo de HPc é atingido durante a hibernação. Observe também que a proteína HP50 nunca está presente no líquido cefalorraquidiano, mas este contém HP20. Pensa-se que esta proteína passa do sangue para o LCR ao nível do plexo coróide , a região do cérebro onde este fluido é produzido.
Os processos celulares são interrompidos ou, pelo menos, muito mais lentos de várias maneiras: como o repouso em hibernação
Os grupos fosforil ligam-se às bombas de sódio e de potássio , evitando assim a troca destes iões entre os compartimentos intracelular e extracelular. Além disso, os grupos fosforil se ligam aos ribossomos , o que bloqueia a biossíntese de proteínas .
Embora a energia celular seja normalmente obtida principalmente da oxidação das moléculas de glicose , os lipídios se tornam a principal fonte de energia durante a hibernação.
Uma acetiltransferase promove a transição das histonas de seu estado acetilado para o estado acetilado. Isso causa condensação aumentada do DNA , que então se enrola mais firmemente em torno das histonas e torna os genes muito menos acessíveis.
Além disso, as RNA polimerases não são mais ativas, o que reduz ainda mais as possibilidades de transcrição.
No tecido adiposo marrom, a membrana interna da mitocôndria possui proteínas desacopladoras que permitem a passagem fácil dos prótons , possibilitando a redução do gradiente de concentração entre os dois compartimentos localizados em cada lado dessa membrana. Menos ATP é, portanto, produzido pela ATPase. O fluxo de prótons, portanto, alimenta principalmente o aumento da temperatura pelas proteínas de desacoplamento. Durante a hibernação, a atividade dessas proteínas de desacoplamento é reduzida.
A saída da hibernação é caracterizada pelo rápido aquecimento de diferentes partes do corpo, aumento da freqüência cardíaca, etc. Esses mecanismos são mais rápidos do que entrar em hibernação. Tudo é restaurado em poucas horas.
Estágios 1 a 3.
Estágios 4 a 6.
A membrana das células animais é composta por uma bicamada lipídica que é fluida em temperatura normal. O frio quando a temperatura se aproxima de 0 ° C provoca o desaparecimento da fluidez da membrana exceto nos hibernantes, pois os lipídios de suas membranas possuem ácidos graxos insaturados em concentração superior à dos não hibernantes. Além disso, estes últimos possuem proteínas “chaperonas” que protegem os lipídios de uma modificação de sua fase (os ácidos graxos mantêm sua fluidez na membrana).
Os hibernadores são geralmente animais de tamanho médio.
Se forem muito pequenos, têm um metabolismo muito alto que evita longos períodos de hibernação, pois mesmo com uma frequência cardíaca mais baixa, as reservas seriam insuficientes.
Se forem grandes, o metabolismo é relativamente baixo, de modo que o aumento da temperatura levaria vários dias, o que é difícil de imaginar após um período de hibernação. Os cientistas acreditam que para a hibernação ser um ganho para a sobrevivência do animal, ela não deve ultrapassar 7 kg . Além disso, a energia necessária durante os períodos de despertar seria muito substancial.
Para hibernadores, a hibernação é sempre lucrativa do ponto de vista energético e corresponde a uma economia de energia. Por exemplo, para um rato Perognathus americano , se ele entrar em hibernação por 100 horas, ele consumirá 7,7 ml de oxigênio por grama de seu peso, enquanto no mesmo período, evitando a entrada em hibernação, consome 40 ml de oxigênio por grama por 100 horas para manter 37 ° C .
O resfriamento permite uma sobrevida mais longa em caso de afogamento por exemplo, o que permite uma reanimação mesmo após uma parada cardíaca prolongada. A preservação de tecidos por resfriamento também é utilizada para transplantes, seja para transporte de órgãos, seja para o receptor, no caso de transplante cardíaco, que requer a interrupção temporária da circulação sanguínea.