Выбрать страницу

Насколько опасна гипоксия или, как ее еще называют, кислородное голодание?

Недостаток кислорода может появляться при анемии, инсультах, инфарктах, онкологии и различных инфекционных заболеваниях, а также при длительном нахождении под водой и задержке дыхания.

Но гипоксия может быть не только патологическим процессом. Как известно, клетки нашего тела адаптируются к изменению уровня кислорода.

В 2019 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена трем ученым из США и Великобритании: Уильяму Дж. Кейлину-младшему, Греггу Л. Семенза и Питеру Дж. Рэдклиффу, которые отдельно друг от друга работали над одной и той же проблемой – чувствительности и приспосабливаемости клеток к доступности кислорода.

За что именно вручили Нобеля?

При нехватке кислорода в организме повышается уровень гормона эритропоэтина, увеличивающего выработку эритроцитов (красных кровяных телец), которые переносят кислород к тканям организма. Роль кислорода в этом гормональном процессе долгое время оставалась непонятной.

Но недавно ученые смогли определить, что именно влияет на активность генов, регулирующих уровень кислорода в организме.

В ходе проведения опытов на лабораторных мышах ученые выяснили, что сегменты ДНК, которые находятся рядом с генами эритропоэтина, контролируют реакцию клетки на снижение уровня кислорода.

А при исследовании клеток печени был выявлен кислородозависимый протеиновый комплекс, который связывается с сегментами ДНК. Этот комплекс был назван фактором, индуцируемым гипоксией (HIF). Он связывается с сегментами ДНК и помогает в поддержании функции клеток.

В 1931 году немецкий ученый Отто Варбур был удостоен Нобелевской премии за открытие природы и способа действия дыхательных ферментов.

А через несколько лет, в 1938 году, премию получил бельгийский физиолог Корней Хейманс за открытие роли синусовых и аортальных механизмов в регуляции дыхания. Ученые выяснили, где расположены рецепторы и как они воздействуют на дыхание и сердечно-сосудистую систему.

Клейн, Семенза и Рэдклифф работали над одним и тем же вопросом – воздействием эритропоэтина на организм.

Еще совсем недавно одной из основных загадок было то, что именно в организме первым реагирует на гипоксию. У ученых было много вариантов, было обнаружено много ферментов, которые зависели от кислорода. Но на этом все заканчивалось, прогресс не двигался.

Открытие протеина HIF позволило ученым понять все эти сложные процессы адаптации. При кислородном голодании количество протеинов HIF повышается, а уровень всех других протеинов снижается. Этот процесс происходит во всех клетках всех людей и животных.

Как работают белки HIF в нашем организме

Различают четыре типа HIF: HIF 1-альфа, HIF 1-бета, HIF 2-альфа и HIF 3-альфа.

При гипоксии все они активируются и даже если один из них не работает, его функции будет выполнять другой.

Стоит отметить, что эти белки распадаются. Срок их жизни – всего 5 минут.

Однако при кислородном голодании белок имеет свойство накапливаться, что позволяет организму выживать в случае нехватки кислорода.

Среди белков HIF существует третья их изоформа (HIF 3-альфа), которая мешает другим типам HIF обеспечивать адаптацию к кислородному голоданию.

Этот белок способен распознавать гены-мишени, но не может их активировать.

Именно эта третья изоформа белка препятствует нормальной функции белков HIF других типов. То есть, он видит ген и заслоняет собой, чтобы другие белки его не распознали. Но именно благодаря этому белку HIF 3-альфа люди не просыпаются утром с красными глазами.

В роговице нет кровеносных и лимфатических сосудов. Кислород поступает в роговицу, когда глаза открыты. Когда же человек спит, кислороду сложно проникать в роговицу и возникает гипоксия, которая вызывает покраснение глаз. Поэтому, если не препятствовать работе белков, при пробуждении у человека будут кроваво-красные глаза.

В чем практичность открытия

Человеческий организм постоянно испытывает недостаток кислорода (например, при физической активности), но это даже полезно.

Белки HIF активируются при различных физиологических процессах, в том числе и при воспалительных процессах, инсультах, инфарктах и даже развитии рака.

При физической активности активация этих белков полезна для мышц и мозга, однако при развитии рака она способствует росту опухоли.

Ученые до сих пор не могут найти ответ на вопрос, что же делать с этими белками, ведь они нужны всем клеткам и блокировать их активность при онкологии невозможно. К примеру, клетки сердца, мозга и мышц погибнут без HIF.

Сейчас ученые ставят перед собой задачу изучить роль белка HIF 3-альфа в определенных патологических процессах и заболеваниях (при инсульте, инфаркте, бронхиальной астме) для разработки новых методов лечения.

Планируется исследование метода искусственной блокировки белка в некоторых органах и тканях для остановки патологических процессов.

Еще до вручения Нобелевской премии был представлен препарат, который предотвращает формирование новых сосудов, питающих опухоль.

В этом препарате содержатся антитела к фактору роста эндотелия сосудов (VEGF), который регулируется белком HIF.

Украина и киевская школа гипоксии

В Украине также существует своя школа гипоксии, где изучается чувствительность к изменению уровня кислорода.

У наших ученых имеется достаточно много изобретений. Изучением гипоксии в Украине занимаются в школе академика Николая Сиротинина, ученика Александра Богомольца. Сиротинин одним из первых в Украине начал изучать гипоксию и выразил предположение, что кислородное голодание может быть одним из методов лечения. Одним из доказательств своих предположений он считал высокую продолжительность жизни у людей, живущих в горах.

Основанная ученым медико-биологическая станция на Эльбрусе, занимающаяся исследованием гипоксии, до сих пор существует и изучает влияние кислородного голодания на живые организмы.

В ходе этих исследований была создана всемирно признанная киевская классификация гипоксии, после чего был разработан специализированный метод — интервальная гипоксия и аппаратура для ее воспроизведения.

Первого украинского космонавта Леонида Каденюка тренировали на специальных аппаратах, в которых воссоздавались условия высокогорья.

Ученым еще предстоит ответить на многие вопросы и провести большое количество исследований. Но уже сейчас стоит дышать медленнее, периодически задерживая дыхание!

УкраЇнська