О ПОЛЬЗЕ ГИПОКСИИ
Интервальная гипо-гипероксическая тренировка как физикальный метод восстановления митохондрий
Кислород был открыт всего 240 лет назад, однако предпосылками для развития науки о кислородной недостаточности послужили результаты многовековых исследований. Аристотель (IV век до н.э.), Леонардо да Винчи (1452-1519), Роберт Бойль (1627-1691) ничего не знали о кислороде, но оставили нам труды по гипоксии.
Клиническая гипоксия вошла в нашу практику в 80-х годах прошлого века. А уже в этом столетии появилась клиническая дисциплина, получившая название митохондриальной медицины, — она занимается проблемами профилактики и лечения первичных и вторичных митохондриальных нарушений (митохондриопатий).
Функциональные возможности наших органов и тканей, а также их регенеративный потенциал напрямую зависят от энергетического обеспечения, осуществляемого АТФ-производящими внутриклеточными органеллами, митохондриями.
Митохондриопатии проявляются разнообразными симптомами и синдромами, характеризующимися в первую очередь снижением функционального резерва метаболически наиболее активных тканей и органов (мозг, сердце, мышцы, нервная, гормональная и иммунная системы). Основной метод лечения митохондриопатий сегодня — заместительная терапия коферментами, витаминами, аминокислотами и фармакологическими препаратами (митотропная терапия). Однако этот подход не позволяет компенсировать прогрессирующую с возрастом утрату функционального резерва.
В последнее время появляются новые возможности для прицельного воздействия на митохондриальные внутриклеточные популяции, позволяющие улучшать их качественные характеристики. Наиболее практически значимым и перспективным методом авторы считают интервальную гипо-гипероксическую тренировку (ИГГТ). В этой статье мы рассмотрим менее известный механизм избирательного уничтожения поврежденных митохондрий под действием ИГГТ, что и стимулирует регенеративный потенциал тканей.
Молекулярные механизмы
С одной стороны, за время развития и жизни индивидуума его клетки неизбежно накапливают большое количество мутированных, поврежденных, дефектных копий мтДНК. С другой, каждый потомок этого индивидуума изначально практически свободен от приобретенных родителями генетических повреждений мтДНК, и лишь в процессе развития накапливает собственный груз мутаций и делеций мтДНК. Как мтДНК передается неповрежденной в последующее поколение?
Известно, что процесс оксидативного повреждения мтДНК менее выражен в клетках, которые обходятся меньшим количеством кислорода и существуют в физиологических “гипоксических нишах». Например, таковыми являются примордиальные фолликулы яичников женщины. Незрелые яйцеклетки пребывают там в гипоксическом, гипометаболическом состоянии и получают необходимую им АТФ от окружающих аэробных вспомогательных клеток. Таким образом предотвращается или, по крайней мере, замедляется оксидативное повреждение мтДНК, которую оплодотворенные яйцеклетки затем передают потомству без значительных повреждений.
Но яичники новорожденной особи женского пола содержат около 5 млн незрелых фолликулов, тогда как за время генеративного периода женщины из них формируется не более 400 яйцеклеток. Что же происходит с остальными фолликулами?
В фазу созревания яйцеклетки одновременно входит множество фолликулов. Однако до овуляции обычно дозревает только один, реже — несколько. Остальные погибают в ходе жесткого отбора — префертилизационной селекции примордиальных фолликулов. В этом процессе созревающие яйцеклетки на протяжении продолжительного времени подвергаются циклическим колебаниям парциального давления доставляемого кровотоком кислорода. При этом артерии, питающие яичники, периодически спазмируются и расслабляются, создавая циклическую, управляемую нейрогормональными механизмами ишемию, другими словами, контролируемую гипоксию — реоксигенацию яичников. При этом максимальный оксидативный стресс испытывают те созревающие яйцеклетки, что содержат наибольшее количество поврежденных, обильно производящих СРК митохондрий. Именно эти клетки самоликвидируются в апоптозе, а содержавшие их фолликулы подвергаются атрезии (замещаются соединительной тканью). Так происходит селекция наиболее жизнеспособных, устойчивых к оксидативному стрессу митохондрий, которые яйцеклетка и передает следующему поколению. Незначительное число привносимых сперматозоидом митохондрий в этом не участвует, поскольу все они прицельно уничтожаются (подвергаются митофагии) цитоплазмой яйцеклетки при оплодотворении.
Итак, управляемая гипоксия — реоксигенация — является природным, эволюционно отработанным механизмом селекции наиболее эффективных, минимально поврежденных копий мтДНК (wild-type mtDNA). Более того, она действует в беременной матке во время всего периода развития эмбриона и созревания плода, и заканчивается лишь с первым вдохом новорожденного.
Постепенное, градуальное, циклическое повышение парциального давления кислорода в дифференцирующихся клетках, созревающих тканях и органах необходимо для тренировки механизмов оксидативного фосфорилирования, связывания, транспорта и утилизации кислорода, а также клеточных систем антиоксидантной защиты. И — служит подготовкой к критическому как для матери, так и для плода моменту — родам.
В дальнейшем онтогенезе мтДНК организма закономерно подвергается атакам СРК, делециям (укорочению нити мтДНК, уменьшению объема и качества закодированной в ней информации) и мутациям. Эти процессы ускоряются многочисленными внешними и внутренними экстремальными факторами. К тому же с возрастом ослабляются внутриклеточные механизмы выбраковки и уничтожения дефектных митохондрий внутри клеток (митофагия, митоптозис).
Укороченные молекулы мтДНК успешно конкурируют с полноценными за ограниченные внутриклеточные ресурсы, быстрее создают свои копии, дефектные клоны, чем полноценные молекулы мтДНК, имеющие большие размеры. Этим объясняется феномен «клональной экспансии мутированной мтДНК», наблюдаемый как при нейродегенеративных заболеваниях, так и в условиях «нормального» старения.
Ускоренное внутриклеточное накопление обильно выделяющих СРК митохондрий либо приводит к апоптозу, либо повышает риск малигнизации. Массивный апоптоз снижает функциональные возможности тканей и органов, тогда как его недостаточность служит прямой предпосылкой злокачественного перерождения клеток. И то, и другое — характерные признаки процесса клеточного старения.
Гипо-гипероксическая тренировка в условиях клиники
Исходя из упомянутых молекулярных и генетических механизмов, можно обозначить достаточно широкий спектр клинических показаний для применения ИГГТ. Это заболевания сердечно-сосудистой системы, метаболический синдром и диабет 2 типа, синдром хронической усталости, хронические обструктивные заболевания легких и бронхиальная астма, нейродегенеративные заболевания (включая сосудистую деменцию, болезнь Альцгеймера и Паркинсона), психовегетативные нарушения, — в общем, все митохондриальные дисфункции. Кроме этого, метод прекрасно зарекомендовал себя в программах для спортсменов и антивозрастных процедурах.
Суть ИГГТ – в создании точно дозированного по времени и интенсивности гипоксического воздействия. При этом происходят колебания уровня кислорода в тканях, — они как раз и являются критическими для «отделения зерен от плевел» – избирательного митоптозиса поврежденных клеток. Достигается это вдыханием гипоксической нормобарической газовой смеси по индивидуальной программе (15-20 процедур). Повторение курса рекомендуется через полгода.
По сути, речь идет об идеальной, фундаментальной терапии клеточного старения. Важнее всего для нас то, что те же самые воздействия дают аналогичный эффект клеточного и системного омоложения у живущих в обычных условиях видов, включая человека.
Например, максимальная продолжительность жизни гренландского кита – 200 лет. Киты не болеют раком. Их самки в возрасте 90 лет способны беременеть. И митохондрии кита находятся под постоянным влиянием гипоксической тренировки. Другой феноменальный зверь — кенийский голый землекоп — живет под землей почти 30 лет, где происходят те же процессы колебания кислорода. Рак у этих грызунов также не обнаружен.
Современные аппараты для гипо-гипероксических тренировок точны и безопасны в использовании. Кардиологический модуль (мониторинг сегмента ST в ЭКГ) позволяет исключить риск нарушения перфузии миокарда, а такой важный параметр вариабельности сердечного ритма, как RMSSD, — выбрать подходящий уровень гипоксической нагрузки в зависимости от состояния вегетативной нервной системы.
Все перечисленное дает возможность использовать гипоксикатор не только для проведения ИГГТ, но и в качестве диагностического прибора для оценки и контроля состояния организма.
Таким образом, нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка выступает в роли универсального и эффективного метода профилактики и лечения самых разных заболеваний. А ее преимущества — сочетание гипоксии и гипероксии — делает воздействие еще более эффективным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Интервальная гипоксическая тренировка — эффективность, механизмы действия / Под ред. А.З. Колчинской. — М.— Киев: 1992. — 159 с.
2. Колчинская А.З., Цыганова Т.Н., Остапенко Л.А. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка в медицине и спорте. М.: Медицина. – 2003. — 407С
3. Douglas C. Wallace. A mitochondrial bioenergetic etiology of disease. J Clin Invest. 2013; 123 (4):1405-1412.
4. Foram N. Ashar, Anna Moes, Ann Z. Moore, et.al. Association of mitochondrial DNA levels with frailty and all-cause mortality. Journal of Molecular Medicine, February 2015, Volume 93, Issue 2, pp 177-186.
5. Khrapko K, Nekhaeva E, Kraytsberg Y, et al. Clonal expansions of mitochondrial genomes: implications for in vivo mutational spectra. Mutat Res. 2003; 522:9-13.
6. Krakauer DC, Mira A. Mitochondria and germ cell death. Nature. 1999; 400:125-6.
7. Prokopov, A. Intermittent Hypoxia and Health: From Evolutionary Aspects to Mitochondria Rejuvenation. In: INTERMITTENT HYPOXIA AND HUMAN DISEASES. Editors: Lei Xi
8. Serebrovskaya T. V. Springer. 2012. Part 4, pp. 253-269, DOI: 10.1007/978-1-4471-2906-6_21)
