Pavlovo fiziologijos instituto mokslininkai atlieka unikalius deguonies bado mechanizmų ir pasekmių tyrimus. Kartu su biologijos mokslų daktare Ksenia Baranova ieškome, kaip deguonies trūkumas gali pagerinti pažinimo gebėjimus ir padėti depresijai.
Ksenija, pasakyk mums, ar hipoksija yra pavojinga, ar naudinga?
- Hipoksija yra deguonies badas, tai yra, deguonies lygio sumažėjimas organizme ar atskiruose organuose. Paprastai hipoksija yra susijusi su pavojumi, nes dabar daug kalbama apie koronarines ligas ir beveik visi žino, kad per daug pakilus galite uždusti.
Akivaizdu, kad Everesto viršūnėje, devynis kilometrus virš žemės, hipoksija bus mirtina. Tačiau Elbruso regione, 2,5 kilometrų aukštyje virš jūros lygio, yra kurortas, kuriame retas oras turi gydomąjį poveikį. Jei deguonies trūkumas Evereste žudo, maža hipoksijos dozė, priešingai, stiprina kūną.
Ksenia Baranova - Rusijos mokslų akademijos Pavlovo fiziologijos instituto smegenų neuronų funkcijų reguliavimo laboratorijos tyrėja, biologijos mokslų kandidatė. Daugiau nei 10 metų jis stengiasi iššifruoti mechanizmus, kuriais grindžiamos prisitaikančios ir patologinės smegenų reakcijos. Tiria tiek bendrus, tiek specifinius įvairių sutrikimų molekulinius sutrikimus, daugiausia nerimo ir depresinio streso patologijas.
Kaip mokslininkai priėjo prie išvados, kad hipoksija gali būti naudinga?
- Mes atlikome eksperimentus: laboratorines žiurkes įdėjome į slėgio kamerą ir pakeitėme slėgį, kad nustatytume hipoksinio poveikio dozes.
Pirmajame eksperimente oras iš slėgio kameros buvo išpumpuotas tiek, kad slėgis buvo tik 180 mm Hg. Art. Kameroje liko 5% deguonies, o tai atitinka 10 kilometrų aukštį virš žemės. Pusė bandomųjų žiurkių tokio pakilimo neišgyveno, o išgyvenusieji turėjo rimtų smegenų sutrikimų.
Antrojo eksperimento metu žiurkių grupė pirmą kartą buvo pakelta dviem valandoms iki sąlyginio penkių kilometrų aukščio (10% deguonies, 360 mm Hg) ir tik po trijų tokio vidutinio sunkumo hipoksijos seansų buvo pakelta 10 kilometrų.
Visos žiurkės išgyveno ir sekėsi gerai. Jie neturėjo įprastų pohipoksinio elgesio sutrikimų, atminties ir mokymosi problemų. Vidutinė hipoksija sustiprino kūną, padidino smegenų atsparumą pažeidimams, pagerino jo veiklą, sukeldama prisitaikančius mechanizmus.
Jei deguonies badas suaktyvins vidinius smegenų prisitaikymo mechanizmus ir padidins atsparumą žalingoms įtakoms, ar tai padės atlaikyti stresą ir su juo susijusią depresijos epidemiją?
- Depresinis žiurkių elgesys pasireiškia motorinės ir tiriamosios veiklos sumažėjimu, elgesio testų nerimo padidėjimu. Hormoniniai sutrikimai, kaip ir žmonėms, yra ilgalaikis kortikosteroidų streso hormonų lygio padidėjimas kraujyje ir hormoninio streso sistemos savireguliacijos pažeidimas.
Apskritai būsena, panaši į gyvūnų depresiją, vadinama išmoktu bejėgiškumu. Jei žiurkė valandą praleidžia uždaroje kameroje su lengvu, bet nemaloniu elektros smūgiu, ji pirmiausia bandys išlipti.
Tačiau dėl to, kad pabėgti neįmanoma, ji nustos kovoti, susitaikys su beviltiškumu ir nepabėgs, net jei atidarytos kameros durys. Ji sužinojo, kad viskas nenaudinga, išmoko bejėgiškumo - tai yra depresijos analogas.
Jei žiurkė patiria stiprų stresą, susijusį su grėsme gyvybei, tada jai išsivysto nerimo sutrikimas-simptomai, atitinkantys potrauminio streso sutrikimą (PTSS) žmonėms. Mūsų eksperimentai parodė, kad jei tokios žiurkės, turinčios nerimo ar depresijos sutrikimų, spaudimo kameroje tris kartus patiria vidutinio sunkumo hipoksiją, tada depresija ir PTSS išnyks, elgesio ir hormoniniai sutrikimai nesusiformuos.
Tai yra, hipoksija gerina smegenų veiklą?
- Iš tiesų, vidutinis deguonies badas ne tik padeda smegenims susidoroti su stresu, bet ir apskritai pagerina jų veiklą, o tai įdomiau apsvarstyti beždžionėms. Yra daug pažinimo (pažinimo) smegenų funkcijos, mokymosi ir atminties testų.
Pavyzdžiui, renkantis iš kelių sudėtingų paveikslėlių dėl įvairių priežasčių ir išsaugojus šį pasirinkimą atmintyje. Prieš 15 metų mūsų laboratorijoje jaunos makakos buvo mokomos atrinkti ir įsiminti tokias nuotraukas.
Beždžionės atsakė teisingai ir greitai, beveik neatsisakė dirbti. Po metų eksperimentas buvo pakartotas su tomis pačiomis beždžionėmis. Žinoma, jie paseno, jiems nebuvo įdomu rinktis paveikslėlius, jie dažnai atsisakė, ilgai mąstė ir dažnai klydo.
Tada mokslininkai beždžiones sudėjo į slėgio kamerą, kad patikrintų, ar gyvybę sukelianti hipoksija veikia su amžiumi susijusiais smegenų sutrikimais. Po trijų deguonies bado sesijų penkių kilometrų aukštyje vyresnio amžiaus makakos su mokslininkais pradėjo dirbti dar noriau nei jaunystėje.
Jie reagavo greičiau ir padarė mažiau klaidų. Vidutinė hipoksija, galima sakyti, išgelbėjo juos nuo senatvinio marazmo, pagerino smegenų funkciją, sumažino pažinimo sutrikimus.
Ar vietinė hipoksija gali padidinti atsparumą stresui?
- Hipoksiją gali patirti ne visas organizmas, o atskiras organas. Šis deguonies trūkumas atsiranda dėl sumažėjusios kraujotakos ir vadinamas išemija.
Visi žino, kad insultas - būklė, kai dalis smegenų lieka be kraujo tiekimo - yra mirtina. Tačiau jei gyvūnui ar žmogui anksčiau buvo išemijos priepuolių (kraujotakos sumažėjimas ir atstatymas), tada smegenys bus stabilesnės, mažiau kentės ir greičiau atsigaus.
Taip, ir čia viską lemia dozė. Rankos hipoksijai nereikia slėgio kameros. Norėdami tai padaryti, pakanka išmatuoti slėgį tonometru, manžetė suspaus ranką ir trumpam sumažins kraujotaką joje.
Mūsų laboratorijos mokslininkai atliko eksperimentus, kad patikrintų, ar vietinė hipoksija padeda nuo streso sutrikimų. Depresijos ar PTSD žiurkėms užpakalinė koja buvo surišta žnyplėmis penkias minutes, tada žnyplė buvo pašalinta ir atstatytas kraujas. Procedūra buvo atlikta tris kartus. Paaiškėjo, kad po trijų trumpų išemijos epizodų depresijos ir nerimo simptomai gyvūnams beveik išnyko.
Ar tai veiks su žmogumi?
- Pirmiausia reikia išsiaiškinti, kokie mechanizmai didina smegenų prisitaikymą prie tokių nepalankių veiksnių, kad vėliau išsiaiškintumėte, ar žmogui nepadės hipoksija.
Iki šiol mums pavyko išsiaiškinti kai kuriuos vidutinio sunkumo hipoksijos sukeltus mechanizmus, siekiant padidinti smegenų prisitaikymo gebėjimus ir atsparumą stresui.
Tikimės, kad šie rezultatai prisidės prie šios technologijos įdiegimo medicinos praktikoje. Dėl metodo veiksmingumo ir jo nemedikamentinio pobūdžio tokia hipoksija padės gydyti ir užkirsti kelią depresijos ir nerimo sutrikimams po streso.
Vadinasi, depresiją ir nerimo sutrikimus galima gydyti be vaistų?
- Mūsų duomenys praplečia dabartinį supratimą apie transkripcijos faktorių, neurotrofinų ir smegenų receptorių dalyvavimą kuriant nerimo ir depresijos ligas. Tai suteikia vilties sukurti veiksmingesnius antidepresantus.
Gautų rezultatų dėka ateityje galima sukurti naujos kartos vaistus, kurie turi tikslinį poveikį ne bendram, o specifiniams neurocheminiams įvairių formų nerimo-depresijos sutrikimų patogenezės mechanizmams. Tuo tarpu tokių vaistų nėra, slėgio kamera išgelbės mus nuo streso ir depresijos.
Kalbino Anfisa Rodionova