Слушая наше дыхание
Что дали науке открытия нобелиатов-2019 по физиологии или медицине
В 2019 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили за исследования реакции клеток на нехватку кислорода. Трое лауреатов — два американца и один британец — в течение десяти лет по крупицам восстанавливали механизм того, как клетки ведут себя в стрессовой ситуации и как они посылают сигнал бедствия наружу, в кровь и окружающие ткани. Попутно выяснилось, что эти сигналы тревоги можно как искусственно подавить — и лечить таким образом рак, так и усилить — и избавить людей от нехватки кислорода, а еще — дозировать, управляя судьбой отдельно взятых клеток. Отсутствие кислорода оказалось не менее важно для жизни организма, чем его присутствие.
Открытие для учебников
Хотя премия, по традиции открывающая Нобелевскую неделю, и присуждается «за открытия в области физиологии или медицины», отмечаемые ею исследования, как правило, нельзя однозначно отнести к одной из этих областей. Каждый раз речь идет о какой-то проблеме на стыке фундаментальной и прикладной науки, и, должно быть, Нобелевскому комитету нелегко год за годом удерживать это равновесие.
В 2017 году весы склонились в сторону теории: премия досталась группе ученых, исследовавших молекулярный механизм биологических ритмов (подробнее об этом — в нашем материале «Ход часов лишь однозвучный»). Несмотря на то, что темой внутриклеточных часов в последнее время интересуется множество научных коллективов, до реальных лекарств, которые могли бы скорректировать их ход, ученые пока не добрались.
В 2018 году маятник предсказуемо качнулся в другую сторону: иммунные чекпоинты — механизмы торможения иммунной агрессии, открытые прошлогодними лауреатами премии, оказались интересны, в первую очередь, с практической точки зрения. На основе этих исследований уже разработаны препараты, способные, наоборот, «подгонять» иммунитет и «натравливать» его на опухолевые клетки. К моменту присуждения награды Шведской академии в прошлом году некоторые из них уже применяли на практике (мы писали об этом в материале «Спустить собак с цепи»).
В этот раз стоило ожидать очередного решения в пользу фундаментальной науки, и оно было принято. Премию присудили за открытие механизмов, позволяющих клетке чувствовать нехватку кислорода, реагировать на нее и сигнализировать об этом соседям. У этого открытия есть, конечно, и прикладное значение: на его основе уже созданы препараты для борьбы с анемией и раком, и сегодня они находятся на разных этапах клинических испытаний.
«Неужели премию снова дали за лекарство от рака?» — спросите вы. На самом же деле лекарство от рака — лишь один из частных случаев применения нового открытия, тогда как само по себе оно гораздо глубже. «Ученые часто шутят по поводу “открытия, которое войдет в учебники”, — прокомментировал решение Нобелевского комитета один из его членов, Рэндал Джонсон. — Но сейчас я бы сказал, что мы действительно имеем дело с открытием для учебников. Наши дети будут проходить его на уроках биологии с 12 лет».
Сигнал тревоги
О том, что кислород необходим для существования большинства организмов на Земле, в школьных учебниках пишут уже давно. Рассказывают и о том, как кровеносная система регулирует работу дыхания, — за это открытие Нобелевскую премию присудили еще в 1938 году. В сонной артерии есть скопления чувствительных клеток, реагирующих на концентрацию кислорода в крови. Если она снижается, то эти клетки выбрасывают нейромедиаторы, заставляющие легкие дышать активнее, а сердце — биться быстрее.
В 1980-х годах обнаружилось, что количество кислорода в крови небезразлично еще и почкам. Как только его становится недостаточно, почки выделяют гормон эритропоэтин. Он действует на красный костный мозг, ускоряя образование эритроцитов, чтобы в кровь «помещалось» больше кислорода.
Эритропоэтин выделяется, например, когда человек поднимается высоко в горы, где воздух разрежен и содержит меньше кислорода. Сейчас его иногда используют в качестве допинга спортсмены, чтобы повысить емкость крови и усилить газообмен. Но иногда эритропоэтина не хватает, например при почечной недостаточности, и тогда у человека развивается анемия — в крови снижается число эритроцитов, а клетки задыхаются без кислорода.
Продолжая исследования своих предшественников, Грегг Семенца (Gregg Semenza) из Университета Джонса Хопкинса занялся изучением гена эритропоэтина (EPO). Он пытался вычислить недостающее звено между концентрацией кислорода и работой (экспрессией) гена ЕРО. Семенца искал регуляторную область, которая запускает экспрессию гена в ответ на гипоксию.
В 1991 году поиски увенчались успехом: искомой областью оказался маленький участок перед началом гена. В то же время сэр Питер Рэтклифф (Peter Ratcliffe) из Оксфорда независимо пришел к тому же выводу: он показал, что если ген ЕРО вместе с этим небольшим регуляторным участком пересадить в клетки опухоли печени, то они тоже начинают производить эритропоэтин в ответ на кислородное голодание.
Два года спустя Семенца выделил белковый комплекс, запускавший работу ЕРО, и назвал его HIF — hypoxia-inducible factor, то есть фактор, индуцированный гипоксией. А потом оказалось, что HIF связывается с ДНК во всех клетках человеческого организма. В 1993 году группа Семенцы одновременно с коллективом Рэтклиффа обнаружила, что в любой клетке экспрессия генов изменяется при гипоксии. Сейчас известно около 300 генов, работа которых зависит от концентрации кислорода.
Дальнейшие исследования Семенцы показали, что комплекс HIF состоит из двух частей: одна (ARNT) не зависит от кислорода и работает как переносчик, доставляющий весь комплекс в ядро, а другая появляется в клетке только при гипоксии. Эту белковую часть назвали HIF-1a. Позже выяснилось, что она существует в клетке в нескольких видах: есть еще HIF-2a (который чаще называют EPAS1) и даже HIF-3a.
Сейчас мы знаем, что разные варианты HIF отвечают за разную реакцию на кислород. Например, выделение эритропоэтина в почках регулирует HIF-2a — он работает при хронической, длительной гипоксии. А HIF-1а служит краткосрочным сигналом тревоги, он действует при острой гипоксии и может затормозить деление клетки или даже вызвать ее смерть (апоптоз).
Таким образом, к 1995 году в общих чертах стало понятно, как HIF работает в клетках: с какими последовательностями в геноме связывается и на какие гены действует. Было также ясно, что количество его в клетке может меняться и, судя по всему, иногда его разрушает протеасома — внутриклеточная молекулярная машина для уничтожения отживших свое белков. Однако исходная проблема оставалась нерешенной: по-прежнему было не ясно, как белковый комплекс HIF связан с концентрацией кислорода.
Игры с совестью
В 1995 году Уильям Кэлин (William Kaelin) из Института рака Дана-Фарбер занимался загадкой болезни Гиппеля-Линдау. Это редкое генетическое заболевание, которое встречается примерно один раз на 36 тысяч новорожденных, а проявляется как склонность к развитию опухолей — гемангиобластомы, ангиомы, почечной карциномы и других.
Кэлин доказал, что причиной болезни является мутация в гене VHL (von Hippel-Lindau-supressor). Он также заметил, что в отсутствие белка VHL в клетках начинали работать те же гены, что и при гипоксии.
В то время уже было известно, что VHL может быть как-то связан с протеасомами. А в 1999 году обнаружилось, что VHL и HIF могут взаимодействовать, но только в присутствии кислорода. И пару лет спустя Рэтклифф и Кэлин независимо друг от друга нашли между ними связь.
Оказалось, что в клетке есть ферменты — пролил-гидроксилазы, использующие кислород, чтобы навесить на HIF дополнительные ОН-группы. После этого белок HIF меняет свою форму и лучше связывается с белком VHL, который тащит его на верную «смерть» в протеасому. В отсутствие кислорода вся эта цепочка не работает, HIF «остается в живых» и отправляется в ядро, чтобы повлиять там на экспрессию генов. Пазл сложился.
Этапы ответа на гипоксию. 1. HIF запускает работу генов-мишеней в ядре. 3. В присутствии кислорода пролилгидроксилазы навешивают ОН-группы на HIF. 4. Белок VHL cсвязывается с измененным HIF и направляет его в протеасому. 2. Протеасома расщепляет HIF.
Источник
Слушая наше дыхание… (часть №2)
На страницах прошлого номера главный врач Клиники Бутейко Андрей Евгеньевич Новожилов рассказал нашему корреспонденту о принципах нормального дыхания, открытых в 60-е годы XX века физиологом К.П. Бутейко, а также о том, от каких заболеваний позволяет избавиться метод Бутейко. Напомним: среди них бронхиальная астма, хронические тонзиллиты, другие болезни дыхания, а также гипертоническая болезнь, варикоз, токсикозы беременных, проблемы с обменом веществ, заболевания желудочно-кишечного тракта и некоторые виды кожных заболеваний. Беседовала Татьяна Пунанс
Сегодня – продолжение разговора, и посвящено оно практическому применению метода Бутейко у взрослых и детей.
– Андрей Евгеньевич, в прошлый раз вы упоминали упражнения, освоив которые, человек может избавиться от многих недугов. В чем они заключаются?
– Все упражнения направлены на то, чтобы чуть-чуть ограничить объем вдоха, уменьшить объем входящего воздуха. В течение 10–15 секунд таких дыхательных упражнений меняется газовый состав крови, а на него в свою очередь так же быстро реагируют разные органы и системы – например, слизистая носа. Вот и получается, что снять заложенность носа, отек слизистой оболочки можно буквально в течение 10 секунд – надо только прислушаться к своему дыханию.
– Как это – прислушаться?
– Ну вот вы как чувствуете свое дыхание? Как слышите вдох, выдох?
– Да никак.
– И правильно, потому что у вас просто нет никаких проблем. А человек нездоровый прекрасно слышит свое дыхание. Это и есть первое упражнение: я прошу человека прислушаться к тому, как он дышит через нос, какие у него возникают движения грудной клетки, живота, воздушной струи в носу. Прошу сообщить мне о том, что он чувствует.
Кстати, я вот вам все это рассказываю, а сам тоже практикую одно из упражнений метода Бутейко. Вы что-нибудь заметили?
– Ничего!
– Совершенно верно, ведь это упражнение взято из арсенала самурайской подготовки: дышать надо так, что если держать пушинку под носом, не должно быть видно ее колыханий! Можно просто подержать возле носа палец: если чувствуете поток воздуха, значит, надо отрегулировать дыхание так, чтобы не чувствовать. Дыхание здорового человека в состоянии покоя должно быть абсолютно невидным и неслышным. Если наоборот – то это гипервентиляция, запускающая механизм многих заболеваний.
– Но это же волевая техника, без самоконтроля и дисциплины тут не обойтись!
– Да, метод Бутейко – это способ лечения, требующий отдачи от самого пациента. Надо понять, как дышишь, пройти курс занятий с методистом, а потом регулярно упражняться самому. Человек должен осознать необходимость такого шага.
Помогают это сделать две вещи. Во-первых, метод Бутейко позволяет видеть мгновенный эффект лечения. Это очень вдохновляет. А во-вторых, в процессе занятий отпадает необходимость в лекарствах. Не мы их отменяем – сам человек чувствует, что может жить без них..
Все наши пациенты остаются довольны. Чтобы совсем не помогло – так не бывает. Даже если человек останавливается на уровне снятия симптоматики и всего лишь заменяет таблетки и ингаляторы дыхательными упражнениями, уже хорошо! В течение года мы каждого больного наблюдаем, консультируем, бесплатно поддерживаем.
– А как быть с детьми? Тоже упираете на сознательность?
– Поверьте, любой ребенок хочет убрать дискомфорт в своем состоянии. Когда малыш кашляет до рвоты на первом занятии, а на второе приходит уже без кашля, как вы думаете, захочет он заниматься? Какой еще стимул нужен? Кто же откажется жить свободно, без болезней? Ведь снимается огромное количество прежних ограничений: можно ходить в бассейн, завести собаку, заниматься спортом, не задыхаться больше.
А питание? Астматикам нельзя употреблять в пищу множество вкусных вещей. Только бескалорийный, аскетичный стол, часто полуголодный. Съел, к примеру, такой человек колбасы – белка, требующего для усвоения большого количества энергии. Немедленно возрастает гипервентиляция и приступ неизбежен! Это жизнь?
– И все-таки двухлетний малыш вряд ли способен понять все это…
– Конечно, с детьми примерно до 5 лет мы работаем только через родителей. Взрослый осваивает методику и в игровой форме преподносит упражнения малышу. Да и с ребенком до 12 лет один из родителей обязательно должен пройти весь курс – это наше условие. Ведь пока выполнение упражнений не дойдет до автоматизма, нужен постоянный самоконтроль, а он у детей в силу возраста еще недостаточен.
Родителям мы даем элементы теории, необходимые для понимания смысла упражнений. А иначе как маме объяснить, почему ребенок должен в какой-то момент остановить дыхание, зажать нос и пропрыгать 20 шагов, и после всего еще глубоко не вздохнуть? Кроме того, только пропустив через себя методику, родитель сможет точно решить, хорошо это или плохо, а затем и понять, занимается ребенок или нет.
– Какие-то способы воздействия непосредственно на детей практикуете?
– Да, мы для них выпустили специальную книжку. Так сказать, «метод Бутейко в картинках». Вот ребенок-астматик с открытым ртом, вот его болезнь к нему подкрадывается…
– Не боитесь, что после такой книжечки малышам кошмары будут сниться?
– У них и так жизнь нерадостная, им не привыкать. Зато доходчиво. Сразу понятно, зачем надо правильно дышать носом.
– Чтобы «злая астма» в рот не попала…
– Точно. Кого съесть, она выбирает по дыханию. У детей, дышащих ртом, оно шумное, таких астма сразу вычисляет. Деток, дышащих правильно, носом, болезнь совсем не замечает – не слышит. А внутрь болезнь может залезть только через открытый рот.
– Фильм ужасов какой-то…
– Зря вы, детям нравится! Каждый астматик знает, что такое пневмосклероз – это замена легочной ткани на рубцы, физическое уничтожение легких в процессе болезни. Страшно… Так что в картинках мы ничего не преувеличили. Ребенок должен научиться вовремя вспоминать, как дышит мышка – мелко, неглубоко и только через нос. Я родителям астматиков говорю: если вам удастся просто закрыть рот ребенку, приучить его дышать носом – это уже 50% успеха в лечении астмы.
– А как быть, если нос вообще не дышит?
– Есть упражнения, позволяющие уменьшать объем вентиляции легких через открытый рот. Эффект наступает в течение одной минуты – уменьшается отек слизистой, начинается носовое дыхание.
– Сколько занятий потребуется ребенку пяти лет, к примеру, при аденоидах?
– Им всегда сопутствует отек слизистой оболочки носа, который можно убрать за 1–2 занятия. Чтобы уменьшить аденоиды, потребуется более длительный период. Базовый курс должен быть не меньше пяти занятий, чтобы ребенок полностью освоил упражнения, а родители научились бы его контролировать. Каждое занятие в клинике длится около часа.
А главная задача домашних занятий – научиться снимать любой симптом с помощью изученных дыхательных упражнений. Это очень удобно: увидели, что ребенок смотрит мультфильмы с открытым ртом, – ага, надо позаниматься, пресечь начинающий насморк в зародыше, возобновить носовое дыхание. Это занимает от одной до трех минут, несколько раз в течение дня. И никаких капель в нос! Только внимание и немного усердия.
– Самообслуживание такое… Вооруженный вашими знаниями человек, похоже, не позволит болеть ни себе, ни своей семье!
– Да, ведь здоровье ребенка не в руках врачей из поликлиники, а в родительских руках! И здесь у себя мы видим именно таких – самоотверженных, умных родителей. Многие из них обошли невероятное число врачебных кабинетов и наконец-то решились взять ответственность на себя. Для них самое большое счастье – видеть, как недавно еще задыхающийся, больной малыш начинает бегать и прыгать.
– Про вашу клинику знают детские участковые?
– Конечно, не все, но от 40 до 60% людей приходят к нам по направлениям или рекомендациям лечащих врачей. Правда, есть и другие 10–15% больных, которым их лечащий врач как-то сказал: «Пойдешь заниматься методом Бутейко – умрешь!». Люди буквально под страхом смерти решились на последний шанс, больше ничего не помогало! А у нас им становилось легче. Зачем так клеветать?
И еще раз об астме
– Какие еще методы профилактики астмы или избавления от нее вы признаете?
– Ну, например, знаю один медицинский центр, где бронхиальную астму эффективно лечат пением.
– А бассейн?
– Отличная, универсальная физическая нагрузка, особенно в условиях города. Люди так устроены природой, что без нагрузки хиреют, теряют форму, начинают болеть. Например, одна из главных причин гипервентиляции, то есть дефицита СО2 в легких и крови – гиподинамия, малоподвижный образ жизни. Которая, в свою очередь, сегодня рассматривается медиками как причина юношеской гипертонии. Нагрузка необходима!
– А правда ли, что в Швеции есть медицинский центр, где астму лечат исключительно вегетарианскими диетами?
– Да, это так – ведь вегетарианство уменьшает вентиляцию легких автоматически. Мы этот процесс наблюдаем с противоположной стороны – после второго-третьего занятия человек начинает меньше есть, часто появляется склонность к вегетарианству.
– Почему?
– Физиология работает. Человек нормально дышит, налаживается обмен, он ест столько, сколько надо, а не молотит, как раньше. Почти все говорят: «У меня поменялось отношение к еде». Многие избавляются от лишнего веса. При этом – никакого насилия над собой. Натуральный процесс.
– Но ведь требуется изменить мировоззрение?
– Мировоззрение меняется тоже автоматически. Бутейко говорил: «Если главная причина гипервентиляции в неправильном образе жизни, значит, вы обречены или пересматривать свой образ жизни, или все время бороться с симптомами».
Лечение заболеваний в клинике Бутейко:
Источник