Нобелевскую премию-2019 по медицине дали за то направление, которое в Украине изучали еще с 30-х годов прошлого века. И добивались успехов...
Нобелевский комитет присудил премию по физиологии и медицине с такой сложной формулировкой, что понять - что здесь и к чему, сначала было очень тяжело. А речь шла об исследовании едва ли не важнейшего процесса в организме человека - приспособления организма человека к изменению насыщенности кислорода. Награду получат американцы Уильям Келин, Грегг Семенза и британец Питер Рэтклифф. Но что это такое, с какими болезнями борется? Да и вообще, в практической медицине это может применяться? Оказалось, что может и уже применяется.
Исследуя эту тему Укринформ выяснил, что гипоксию в качестве эффективного средства в борьбе с болезнями, врачи использовали задолго до 1990-х годов, когда было сделано открытие, отмеченное Нобелем-2019. Мало того, Украина в этой сфере давно не отстает. Пожилые люди должны помнить популярные в 80-90 годы прошлого века статьи о том, как бронхиальную астму (и другие болезни) успешно лечат поверхностным дыханием - «методом Бутейко» (Константин Бутейко (1927-2007), знаменитый врач украинского происхождения). Так вот, как теперь оказалось, этот метод связан с исследованиями нобелевских лауреатов. Но мы узнали, что еще в 1930-е (!) годы украинские ученые изучали терапевтическое воздействие кислородного голодания на человека.
...На самом деле, тонкостей в этой теме очень много, поэтому чтобы понять, какое влияние это открытие имеет для медицины Укринформ поговорил с заведующей отдела гипоксии Института физиологии имени Богомольца, доктором медицинских наук Аллой Портниченко.
Так в чем суть открытия?
Состояние, при котором организм недополучает кислород, называется гипоксией, его еще называют кислородным голоданием. Кислород - это прежде всего энергия. Именно из него и глюкозы образуется «топливо» для нашего организма - АТФ (аденозинтрифосфат). И следует понимать, что АТФ без кислорода не образуется. Поэтому мы можем не есть месяц, а вот не дышать - максимум три минуты.
Чтобы понимать глубину открытия, надо «заглянуть» на миллионы лет назад, в ту эпоху когда в атмосфере Земли было очень мало кислорода. И бактерии, которые в то время «населяли» нашу планету, - адаптировались к гипоксии. Потом концентрация кислорода в атмосфере стала расти, и необходимость в приспособлении отпала. Но гены, которые за это отвечают, унаследовали производные от бактерий организмы и, наконец, человечество. В организме человека эти гены просто находятся в спячке, или по-научному, индуцибельны - требуют активации. Такая активация наступает при определенных условиях, например, когда человек поднимается высоко в горы. Нужен так называемый фактор НIF (Hypoxia-Inducible Factor - это такой белок). Вот за открытие этого фактора НIF и дали Нобелевскую премию.
То есть о гипоксии знали все, но не было известно, где та «лампочка», которая «загорается», когда кислорода мало. Фактор НIF как раз и начинает накапливаться, когда кислорода становится мало (в обычных условиях он почти сразу разлагается). Накапливаясь, он «запускает» в каждой клетке «ответственные» гены. К нему чувствительны около 30% всех генов, в организме человека. Гены активируются и запускают все системы так, чтобы организм выжил в условиях гипоксии. К примеру, АТФ начинает вырабатываться не из глюкозы, а из липидов или из других источников, которые требуют меньших затрат кислорода, - объясняет Алла Портниченко.
Собственно, фактор НIF был открыт еще в 1995 году. Почему же премию дали только через четверть века? А потому, что Нобелевскую премию ученым назначают только тогда, когда накапливается определенный массив данных о том, насколько это открытие было полезным, как оно повлияло на науку и практику. Именно поэтому пока научные знания дойдут до клинического применения, проходят десятилетия. А обычному человеку по той же причине фундаментальная наука кажется «ненужной».
Как образуются новые сосуды и для чего это спортсменам
Грегг Семенза выяснил, что сосуды начинают прорастать не сами собою, а там, где не хватает кислорода. То есть в случае гипоксии запускается фактор НIF, который включает гены для роста сосудов. В результате кровообращение улучшается, и все начинает работать как положено. Собственно на этом базируются тренировки спортсменов - когда спортсмен нагружается, то у него возникает в мышцах гипоксия и чтобы возобновить поставки туда кислорода, «включается» НIF и прорастает больше сосудов. Например, у обычного человека вокруг мышечного волокна будет четыре сосуда, а у спортсмена с накачанными мышцами - 10, - рассказывает Портниченко.
Заживление ран тоже происходит благодаря гипоксии
Фактор НIF вызывает не только рост сосудов, но и рост тканей. Там, где произошло повреждение, кислорода не хватает, и поэтому - растут ткани. Собственно, благодаря этому фактору проходит вся регенерация, активация стволовых клеток. То есть, чтобы шрам исчез, нужно, чтобы восстановилась ткань, а это происходит благодаря механизму адаптации к гипоксии.
Таргетная терапия в онкологии - тоже базируется на гипоксии
Грегг Семенза и Уильям Келин, независимо друг от друга, исследовали роль фактора НIF в онкологии. Их исследования очень заинтересовали онкологов, так как активация этого фактора в опухолях вызывает пагубное для организма эффект. Дело в том, что когда в опухоли (напомним, что это ткань из мутировавших клеток) начинают прорастать сосуды, то к ней поступают питательные вещества, и она растет. Поэтому онкологи начали искать лекарства, которые блокировали бы фактор НIF и соответственно - доступ питательных веществ к раковым клеткам. Это и используется сейчас в онкологии и называется - таргетная терапия. То есть опухоль постепенно погибает, когда прорастание сосудов к ней прекращается.
Алла Георгиевна вдобавок рассказывает другой интересный факт: даже ничего и близко не зная о каком-то факторе НIF, в народе этот эффект уже использовали: чтобы избавиться от бородавок (а это тоже опухоль кожи), их перевязывали ниткой. Тот же принцип - перекрыть доступ питательных веществ к опухоли.
Инфаркт? Это не так уж и страшно!
Инфаркт также сопровождается нехваткой кислорода для миокарда, сердечной мышцы - из-за спазма или из-за закупорки тромбом коронарного сосуда. Тогда и развивается инфаркт миокарда. В результате участок сердечной мышцы, которая осталась без кислорода, отмирает, вырастает рубец - сердце человека работает хуже, возникает сердечная недостаточность. Но если в ткани мышцы, где перекрылся доступ кислорода, быстро «включить» фактор НIF, то она не погибнет полностью сохранит жизнеспособность. То есть по сути, если у человека перед инфарктом случилась гипоксия, то он будет защищен от тяжелых последствий. Такое явление назвали сложным для произношения словом «прекондиционирование», и клиницисты сейчас работают над его применением на практике.
Кстати, украинские ученые идут в ногу с иностранными коллегами. Госпожа Портниченко тоже работала над исследованием этого направления: Мы давали дышать животным гипоксической смесью (воздухом, в котором мало кислорода), и когда после этого происходил инфаркт, тяжелых последствий от него у животных не возникало. Этот эффект очень четко прослеживается, и связан он именно с НIF фактором.
Так же реагируют и другие органы - легкие, печень, почки. После гипоксии они становятся более защищенными от негативного влияния. Например, прекондиционирование может быть полезно, когда на следующий день ожидаются операции или спортивные соревнования. Спортсмен, к примеру, становится более вынослив к недостатку кислорода, часть клеток ограничивает свои расходы, другая часть наоборот усиленно начинает работать и в результате - человек эффективнее использует свои силы. Вот интересно только, не запишут ли вскоре эту методику в красный список допинга?
И вообще - это помогает при лечении диабета!
Поскольку АТФ образуется из глюкозы, то при диабете соответственно образование АТФ нарушается. НIF запускает альтернативные пути, которые улучшают образование АТФ и уменьшают диабетические нарушения и даже нормализуют уровень глюкозы. Но, конечно, этот метод требует правильного применения. Его преимущества перед лечением фармацевтическими препаратами - дешевизна и безопасность. То есть гипоксия запускает много генов, которые помогают друг другу, и организм оздоравливается сам собой. Ну, это пока теория. Вопрос: сколько еще ждать применения на практике в эндокринологии?
В Украине состояние гипоксии изучали еще с 30-х годов
И здесь обнаруживается очень интересное и очень печальное. Украинские ученые исследовали это направление задолго до открытия фактора НIF. Патофизиолог Николай Сиротинин с 1934 года ездил в экспедиции на гору Эльбрус (5642 м над уровнем моря), а затем устроил там базу, которая до сих пор работает, и украинские ученые там бывают. Там гипоксией начали лечить астму, некоторые сердечно-сосудистые заболевания и даже шизофрению. Во многих случаях болезнь уже не возвращается, и человек становится здоровым (не в случае шизофрении, такие больные чувствовали эффект только на высоте). Однако Алла Портниченко рассказывает, что на Западе эти исследования не поддержали. А все потому, что фармакологические компании, которые наживались на лекарствах, платили за сдерживание развития иных, не медикаментозных, методов лечения. Во всем мире считалось, что гипоксия вредна и много лет наши ученые были в определенной изоляции.
В 60-х годах подобный принцип лечения астмы с помощью поверхностного дыхания открыл Константин Бутейко, знаменитый врач украинского происхождения. Когда дыхание поверхностное, воздух не успевает «выдыхаться», в легких увеличивается концентрация углекислого газа, то есть это напоминает гипоксотерапию (вдыхание смеси с низким содержанием кислорода). Впрочем, госпожа Портниченко объясняет, что при таком методе образуется избыток углекислого газа, к которому организм тоже очень чувствителен, поэтому эффект от лечения по методу Бутейко подобнен лечению гипоксотерапией лишь частично.
Впрочем, отношение к гипоксии на Западе изменилось со временем. В 2008 году проходил конгресс Европейского общества кардиологов, где доклад делала и Алла Портниченко. Она уточняет: выделяют три фактора НIF. Было открыто, что один из них, НIF-3, тормозит прорастание сосудов в роговице глаза, поскольку там они не нужны. Но дальше этот тормозной механизм не изучался. А у нас обнаружили, что НIF-3 работает и в других тканях - сердца, легких, печени, чтобы тормозить прорастания ненужных сосудов.
А закончить нам придется вот чем. Пока Нобелевский комитет присуждает за это открытие престижную в мире научную награду, в Украине направление исследований гипоксии развития не получает. Почему? А все из-за типичной для отечественной науки причины - недостатка финансирования. Алла Георгиевна говорит, что даже плата за публикацию в международных научных журналах (за это надо, оказывается, платить) для наших ученых высока - около $1500. А что уж говорить о закупке оборудования ...
Юлия Горбань, Киев