О спортсменах и мышах: Горчица вместо допинга
Группа ученых под руководством Рэндалла Джонсона (Randall Johnson) показала, что кожа мышей чувствительна к низким уровням кислорода и участвует в регуляции синтеза эритропоэтина — вещества, стимулирующего продукцию эритроцитов, — обеспечивая адаптацию организма к низкому содержанию кислорода. Это, казалось бы, малозначительное открытие, на самом деле, противоречит традиционному представлению, по которому кожа млекопитающих не связана с дыхательной системой. А главное — чревато неожиданными последствиями для «большого спорта».
Сами авторы исследования считают, что идентифицированный ими механизм очень древний и сохранен млекопитающими в процессе эволюции от низших позвоночных. Земноводные, в особенности лягушки, не только дышат кожей, но и способны чувствовать и реагировать на концентрацию кислорода в воздухе или воде. Однако до сих пор никому не приходило в голову, что кожа млекопитающих может обладать сходными свойствами. Разумеется, млекопитающие не могут дышать кожей, однако если окажется, что полученные учеными результаты распространяются и на человека, они позволят радикально изменить подходы к лечению анемии и других заболеваний, требующих стимуляции способности организма к синтезу эритроцитов. Этот подход можно будет также использовать для улучшения выносливости и силы спортсменов.
Сегодня в спорте официально разрешены два метода стимуляции продукции эритроцитов для повышения кислородной емкости крови и улучшения выносливости: тренировки на большой высоте над уровнем моря и тренировки в палатках с низким содержанием кислорода. Допинг крови (переливание крови перед соревнованиями) и введение синтетического эритропоэтина запрещены всеми спортивными организациями.
В течение двух лет ученые пытались выяснить, почему для определенных линий мышей, созданных для экспериментов с помощью методов генной инженерии, характерны высокие уровни эритропоэтина в организме. В 2004 г. Джонсон и работающие под его началом студенты опубликовали результаты работы по превращению обычной лабораторной мыши в грызуна, обладающего выносливостью олимпийского атлета. Они добились этого путем удаления гена, обеспечивающего в условиях дефицита кислорода переключение мышц с аэробного на анаэробный метаболизм.
Большинство выполняемых нами движений осуществляется аэробно — за счет биохимических механизмов, обеспечивающих полное окисление глюкозы до углекислого газа и воды. Но если потребности работающих мышц выходят за пределы доступных ресурсов кислорода (при сильных физических нагрузках), происходит активация белка, который переключает мышечные клетки на работу в анаэробном («бескислородном») режиме, позволяющем быстро получать большое количество энергии за счет неполного окисления глюкозы, побочным продуктом которого является молочная кислота.
Если же у мышей удалить регулятор, выключающий активность «бескислородного» гена, получаются животные с очень маленьким размером тела и красной гиперемированной кожей. Эти мыши с трудом поддерживают нормальную температуру тела, поскольку значительная часть их крови поступает в кожу и быстро охлаждается. Однако самой странной особенностью этих мышей является аномально высокий уровень эритропоэтина, из-за которого до 90% объема крови животных представлено эритроцитами (в норме этот показатель составляет 40−50%). По консистенции такая кровь напоминает пасту, что, соответственно, приводит к увеличению размеров сердца.
Ученые продолжили исследования, создав линию мышей, не имеющих этого гена только в клетках кожи. У таких животных концентрация эритропоэтина не повышалась даже при воздействии на их кожу воздуха с 10% содержанием кислорода — такому, как на вершине Эвереста. Этот эффект достигается за счет перемещения большого количества крови в кожу. Кроме того, помещение на кожу животных нитроглицеринового пластыря усиливало кожный кровоток и значительно повышало продукцию эритропоэтина и, соответственно, эритроцитов.
Участие кожи в регуляции уровня эритропоэтина подтвердили, помещая мышей в камеры, обеспечивающие разную концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе и в воздухе, окружающем тело животного. У мышей, дышавших «воздухом Эвереста», но с телом, находящимся в камере с нормальным содержанием кислорода, количество эритропоэтина в крови, разумеется, повышалось. Но у мышей второй группы, целиком сидевших в атмосфере с 10% кислорода, уровень эритропоэтина повышался в два с лишним раза сильнее.
Традиционно считалось, что все реакции на недостаток кислорода запускаются чувствительными нервами и молекулами, содержащимися в крови и внутренних органах. Однако полученные результаты указывают на то, что кожа непосредственно реагирует на изменения в содержании кислорода в воздухе путем изменения силы кровотока.
Полученные результаты объясняют заодно и традицию, практикуемую в некоторых регионах Непала, Индии и Пакистана, жители которых натирают новорожденных маслом горчицы. Горчица является слабым раздражителем, стимулирующим кожный кровоток. Авторы испробовали этот прием на мышах и установили, что натирание маслом горчицы действительно стимулирует синтез эритропоэтина. Этот эффект гораздо менее выражен, чем эффект наклеивания нитроглицеринового пластыря, однако его потенциальную пользу для организма пользу трудно отрицать. Так что в будущем вполне возможно будет увидеть, как спортсмены перед ответственными стартами намазывают себя горчицей!
О других — запрещенных — допингах читайте: «Назло рекордам», «Допинговое изобилие».