Несподіване відкриття - участь шкіри мишей в адаптації до низьких рівнів кисню - має ще більш несподівані слідства. Воно може призвести до перегляду наших поглядів на дихання ссавців, переоцінки деяких стародавніх непальських обрядів і створення нових видів допінгу.
Група вчених під керівництвом Рендалла Джонсона (Randall Johnson) показала, що шкіра мишей чутлива до низьких рівнів кисню і бере участь у регуляції синтезу еритропоетину - речовини, що стимулює продукцію еритроцитів, - забезпечуючи адаптацію організму до низького вмісту кисню. Це, здавалося б, малозначне відкриття, насправді, суперечить традиційній виставі, за якою шкіра ссавців не пов'язана з дихальною системою. А головне - загрожує несподіваними наслідками для «великого спорту».
Самі автори дослідження вважають, що ідентифікований ними механізм дуже стародавній і збережений ссавцями в процесі еволюції від нижчих хребетних. Земноводні, особливо жаби, не тільки дихають шкірою, а й здатні відчувати і реагувати на концентрацію кисню в повітрі або воді. Однак досі нікому не спадало на думку, що шкіра ссавців може мати подібні властивості. Зрозуміло, ссавці не можуть дихати шкірою, однак якщо виявиться, що отримані вченими результати поширюються і на людину, вони дозволять радикально змінити підходи до лікування анемії та інших захворювань, що вимагають стимуляції здатності організму до синтезу еритроцитів. Цей підхід можна буде також використовувати для поліпшення витривалості і сили спортсменів.
Сьогодні в спорті офіційно дозволені два методи стимуляції продукції еритроцитів для підвищення кисневої ємності крові і поліпшення витривалості: тренування на великій висоті над рівнем моря і тренування в наметах з низьким вмістом кисню. Допінг крові (переливання крові перед змаганнями) і введення синтетичного еритропоетину заборонені всіма спортивними організаціями.
Протягом двох років вчені намагалися з'ясувати, чому для певних ліній мишей, створених для експериментів за допомогою методів генної інженерії, характерні високі рівні еритропоетину в організмі. У 2004 р. Джонсон і студенти, які працюють під його керівництвом, опублікували результати роботи з перетворення звичайної лабораторної миші на гризуна, що володіє витривалістю олімпійського атлета. Вони домоглися цього шляхом видалення гена, що забезпечує в умовах дефіциту кисню перемикання м'язів з аеробного на анаеробний метаболізм.
Більшість виконуваних нами рухів здійснюється аеробно - за рахунок біохімічних механізмів, що забезпечують повне окислення глюкози до вуглекислого газу і води. Але якщо потреби працюючих м'язів виходять за межі доступних ресурсів кисню (при сильних фізичних навантаженнях), відбувається активація білка, який перемикає м'язові клітини на роботу в анаеробному («безкислородному») режимі, що дозволяє швидко отримувати велику кількість енергії за рахунок неповного окислення глюкози, побічним продуктом якого є молочна кислота.
Якщо ж у мишей видалити регулятор, що вимикає активність «безкислородного» гена, виходять тварини з дуже маленьким розміром тіла і червоною гіперемованою шкірою. Ці миші насилу підтримують нормальну температуру тіла, оскільки значна частина їхньої крові надходить у шкіру і швидко охолоджується. Однак найдивнішою особливістю цих мишей є аномально високий рівень еритропоетину, через який до 90% обсягу крові тварин представлено еритроцитами (в нормі цей показник становить 40 − 50%). За консистенцією така кров нагадує пасту, що, відповідно, призводить до збільшення розмірів серця.
Вчені продовжили дослідження, створивши лінію мишей, які не мають цього гена тільки в клітинах шкіри. У таких тварин концентрація еритропоетину не підвищувалася навіть при впливі на їх шкіру повітря з 10% вмістом кисню - такому, як на вершині Евересту. Цей ефект досягається за рахунок переміщення великої кількості крові в шкіру. Крім того, приміщення на шкіру тварин нітрогліцеринового пластиру посилювало шкірний кровотік і значно підвищувало продукцію еритропоетину і, відповідно, еритроцитів.
Участь шкіри в регуляції рівня еритропоетину підтвердили, поміщаючи мишей в камери, що забезпечують різну концентрацію кисню у вдихуваному повітрі і в повітрі, що оточує тіло тварини. У мишей, які дихали «повітрям Евересту», але з тілом, що знаходиться в камері з нормальним вмістом кисню, кількість еритропоетину в крові, зрозуміло, підвищувалася. Але у мишей другої групи, що цілком сиділи в атмосфері з 10% кисню, рівень еритропоетину підвищувався в два з гаком рази сильніше.
Традиційно вважалося, що всі реакції на брак кисню запускаються чутливими нервами і молекулами, що містяться в крові і внутрішніх органах. Однак отримані результати вказують на те, що шкіра безпосередньо реагує на зміни в вмісті кисню в повітрі шляхом зміни сили кровотоку.
Отримані результати пояснюють заодно і традицію, практиковану в деяких регіонах Непалу, Індії та Пакистану, жителі яких натирають новонароджених маслом гірчиці. Гірчиця є слабким подразником, що стимулює шкірний кровотік. Автори випробували цей прийом на мишах і встановили, що натирання маслом гірчиці дійсно стимулює синтез еритропоетину. Цей ефект набагато менш виражений, ніж ефект наклеювання нітрогліцеринового пластиру, проте його потенційну користь для організму користь важко заперечувати. Тож у майбутньому цілком можливо буде побачити, як спортсмени перед відповідальними стартами намащують себе гірчицею!
Про інших - заборонених - допінгів читайте: «На зло рекордам», «Допінгове достатку».
«Вічна молодість»