Як відкриття нобелівських лауреатів вплине на медичну практику

Нобелівський комітет присудив премію з фізіології та медицини з таким складним формулюванням, що зрозуміти – що тут і до чого, спочатку було вкрай важко. А йшлося про дослідження чи не найважливішого процесу в організмі людини – пристосування організму людини до зміни насиченості кисню. Нагороду отримають американці Вільям Келін, Грегг Семенза та британець Пітер Реткліфф. Але що це таке, з якими хворобами бореться? Та й узагалі, в практичній медицині це може застосовуватися? Виявилося, що може і уже застосовується.

Але досліджуючи цю тему, Укрінформ з’ясував, що гіпоксію в якості ефективного засобу у боротьбі з хіоробами, лікарі використовували задовго до 90-х років минулого століття, коли було зроблено відкриття, відзначене Нобелем-2019. Мало того, Україна у цій сфері давно не пасе задніх. Старші люди мають пам’ятати популярні у 80-90 роки минулого століття статті про те, як бронхіальну астму (та й інші хвороби) успішно лікують поверхневим диханням – «методом Бутейка» (Костянтин Бутейко (1927-2007), знаменитий лікар українського походження). Так от, як тепер виявилося, цей метод пов’язаний із дослідженнями нобелівських лауреатів. Але ми дізналися, що ще в 1930-ті (!) роки українські вчені вивчали терапевтичний вплив кисневого голодування на людину.

…Насправді, тонкощів у цій темі надзвичайно багато, тож аби зрозуміти, який вплив це відкриття має для медицини, Укрінформ поспілкувався з завідувачкою відділу гіпоксії Інституту фізіології імені Богомольця, доктором медичних наук Аллою Портниченко.

То в чому суть відкриття?

Стан, за якого організм недоотримує кисень, називається гіпоксією, його ще називають кисневим голодуванням. Кисень – це насамперед енергія. Саме з нього і глюкози утворюється «паливо» для нашого організму – АТФ (аденозинтрифосфат). І варто розуміти, що АТФ без кисню не утворюється. Тому ми можемо не їсти місяць, а от не дихати – максимум три хвилини.

Аби розуміти глибину відкриття, треба «зазирнути», на мільйони років назад, в ту епоху в атмосфері Землі було дуже мало кисню. І бактерій, які в той час «населяли» нашу планету, – адаптувалися до гіпоксії. Згодом концентрація кисню в атмосфері почала зростати, і необхідність у пристосуванні відпала. Але гени, які за це відповідають, успадкували складніші від бактерій організми і, зрештою, людство. В організмі людини ці гени просто перебувають у “ сплячці”, або ж по-науковому, є індуцибельними – такими, що потребують активації. Така активація наступає за певних умов, приміром, коли людина піднімається високо в гори. Потрібен так званий фактор НIF (Hypoxia-Inducible Factor – це такий білок). І саме за відкриття цього фактору НIF і дали Нобелівську премію.

“Тобто про гіпоксію знали всі, але не було відомо, де та «лампочка», яка “загоряється”, коли кисню мало. Фактор НIF якраз і є цією «лампочкою». Він починає накопичуватися, коли кисню стає мало (в звичайних умовах він майже одразу розкладається). Накопичуючись, він «запускає» у кожній клітині «відповідальні» гени. До нього чутливі близько 30% всіх генів, що є в організмі людини. Гени активуються і запускають усі системи так, щоб організм вижив в умовах гіпоксії. Приміром, АТФ починає вироблятися не з глюкози, а з ліпідів або з інших джерел, які потребують менших затрат кисню”, – пояснює Алла Портниченко.

Власне фактор НIF був відкритий ще у 1995 році. Чому ж премію дали аж через чверть століття? А тому, що Нобелівську премію вченим призначають лише тоді, коли накопичується певний масив даних про те, наскільки це відкриття було корисним, як воно вплинуло на науку та практику. Саме тому допоки наукові знання дійдуть до клінічного застосування, проходять десятиліття. А пересічній людині з тієї ж причини фундаментальна наука здається «непотрібною».

Як утворюються нові судини і для чого це спортсменам

Грегг Семенза з’ясував, що судини починають проростати не самі собою, а там, де не вистачає кисню. Тобто в разі гіпоксії запускається фактор НIF, який “вмикає” гени для росту судин. В результаті кровообіг покращується і все починає функціонувати як належить. “Власне на цьому базується тренування спортсменів – коли спортсмен навантажується, то у нього виникає у м’язах гіпоксія і щоб відновити постачання туди кисню, “вмикається” НIF і проростає більше судин. Наприклад, у пересічної людини навколо м’язового волокна буде чотири судини, а у спортсмена з накачаними м’язами – 10”, – розповідає пані Портниченко.

Загоєння ран теж відбувається завдяки гіпоксії

Фактор НIF викликає не лише зростання судин, а й зростання тканин. Там, де сталося пошкодження, кисню не вистачає, і через це – ростуть тканини. Власне, через цей фактор проходить вся регенерація, активація стовбурових клітин. Тобто, щоб шрам зник, потрібно, щоб відновилася тканина, а це відбувається завдяки механізму адаптації до гіпоксії.

Таргетна терапія в онкології – це теж базується на гіпоксії

Грегг Семенза і Вільям Келін, незалежно один від одного, досліджували роль фактору НIF в онкології. Їхні дослідження дуже зацікавили онкологів, тому що активація цього фактору в пухлинах спричиняє згубний для організму ефект. Річ у тім, що коли до пухлини (нагадаємо, що це тканина, складена з мутованих клітин) починають проростати судини, то до неї надходять поживні речовини і вона росте. Тому онкологи почали шукати ліки, які б блокували фактор НIF і відповідно – доступ поживних речовин до ракових клітин. Це й використовується зараз в онкології і зветься – таргетна терапія. Тобто пухлина поступово гине, коли проростання судин до неї припиняється.

Алла Георгіївна на додачу розповідає інший цікавий факт: навіть нічого й близько не знаючи про якийсь там фактор НIF, в народі цей ефект вже використовували: щоб позбавитися бородавок (а це теж пухлина шкіри), їх перев’язували ниткою. Це той же принцип – перекрити доступ поживних речовин до пухлини.

Інфаркт? Це не так вже й страшно!

Інфаркт також супроводжується нестачею кисню для міокарду, серцевого м’язу – чи то через спазм, або через закупорку тромбом коронарної судини. Тоді й розвивається інфаркт міокарду. В результаті ділянка серцевого м’язу, яка залишилась без кисню, відмирає, виростає рубець – серце людини працює гірше, виникає серцева недостатність. Але якщо в тканині м’язу, де перекрився доступ кисню, швидко «увімкнути» фактор НIF, то вона не загине повністю, збереже життєздатність. Тобто по суті, якщо у людини перед інфарктом трапилася гіпоксія, то вона буде захищена від тяжких наслідків. Таке явище назвали складним для вимови словом «прекондиціонування» і клініцисти зараз працюють над його застосуванням на практиці.

До речі, українські науковці ідуть в ногу з іноземними колегами. Пані Портниченко теж працювала над дослідженням цього напрямку: “Ми давали дихати тваринам гіпоксичною сумішшю (повітрям, в якому мало кисню), і коли після цього ставався інфаркт, тяжких наслідків від нього у тварин не виникало. Цей ефект дуже чітко простежується, і пов’язаний він саме з НIF фактором”.

Так само реагують й інші органи – легені, печінка, нирки. Після гіпоксії вони стають більш захищеними від негативного впливу. Наприклад, прекондиціонування може бути корисним, коли наступного дня очікуються операції чи спортивні змагання. Спортсмен, приміром, стає більш витривалим до нестачі кисню, частина клітин обмежує свої витрати, інша частина навпаки посилено починає працювати і в результаті – людина ефективніше використовує свої сили. От цікаво тільки, чи не запишуть невдовзі цю методику до червоного списку допінгу?

І взагалі – це допомагає при лікуванні діабету!

Оскільки АТФ утворюється з глюкози, то при діабеті відповідно утворення АТФ порушується. НIF запускає альтернативні шляхи, які покращують утворення АТФ і зменшують діабетичні порушення і навіть нормалізують рівень глюкози. Але, звісно, цей метод потребує правильного застосування. Його переваги над лікуванням фармацевтичними препаратами – дешевизна і безпечність. Тобто гіпоксія запускає багато генів, які допомагають один одному і організм оздоровлюється сам собою. Ну, це поки що теорія. Питання: скільки ще чекати застосування на практиці в ендокринології?

В Україні стан гіпоксії вивчали ще з 30-х років

І тут виявляється дуже цікаве і дуже сумне. Українські вчені досліджували цей напрямок задовго до відкриття фактору НIF. Патофізіолог Микола Сиротинін з 1934 року їздив в експедиції на гору Ельбрус (5642 м над рівнем моря), а потім облаштував там базу, яка досі працює і українські вчені там бувають. Саме там гіпоксією почали лікувати астму, деякі серцево-судинні захворювання і навіть шизофренію. У багатьох випадках хвороба вже не повертається і людина стає здоровою (не у випадку шизофренії, такі хворі відчували ефект лише на висоті). Проте Алла Портниченко розповідає, що на Заході ці дослідження не підтримали. А все через те, що фармакологічні корпорації, які наживалися на ліках, платили за стримування розвитку інших, не медикаментозних, методів лікування. В усьому світі вважалося, що гіпоксія шкідлива і багато років наші вчені були в певній ізоляції.

У 60-х роках подібний принцип лікування астми за допомогою поверхневого дихання відкрив Костянтин Бутейко, знаменитий лікар українського походження. Коли дихання поверхневе, повітря не встигає «видихуватися», в легенях збільшується концентрація вуглекислого газу, тобто це нагадує гіпоксотерапію (вдихання суміші з низьким вмістом кисню). Утім, пані Портниченко пояснює, що при такому методі утворюється надлишок вуглекислого газу, до якого організм теж дуже чутливий, тож ефект від лікування за методом Бутейка подібний до лікування гіпоксотерапією лише частково.

Утім, ставлення до гіпоксії на Заході змінилося з часом. У 2008 році відбувався конгрес Європейського товариства кардіологів, де доповідь робила і Алла Портниченко. Вона уточнює: виділяють три фактори НIF. Було відкрито, що один із них, НIF-3, гальмує проростання судин в рогівці ока, оскільки там вони непотрібні. Але далі цей гальмівний механізм не вивчався. А у нас дослідили, що НIF-3 працює і в інших тканинах – серця, легенів, печінки, аби гальмувати проростання непотрібних судин.

А закінчити нам доведеться от чим. Поки Нобелівський комітет присуджує за це відкриття найпрестижнішу в світі наукову відзнаку, в Україні ж напрямок досліджень гіпоксії розвитку не отримує. Чому? А все через типову для вітчизняної науки причину – нестачу фінансування. Алла Георгіївна говорить, що навіть плата за публікацію у міжнародних наукових журналах (за це треба, виявляється, платити), для наших науковців зависока – близько $1500. А що вже й казати про закупівлю обладнання...

Юлія Горбань, Київ