Кислород — самый важный элемент для жизни, и без кислорода люди могут выжить всего несколько минут. Неблагоприятные последствия гипоксии хорошо известны, поэтому для многих удивительно слышать, что контролируемое воздействие кислородного дефицита (или гипоксии), если оно находится в пределах адаптивного диапазона человека, может фактически улучшить физическую работоспособность, способствовать увеличению продолжительности жизни и создает условия для предупреждения и терапии ряда заболеваний (Серебровская 2002, Verges, Chacaroun и др. 2015).
Реакция клетки на недостаток кислорода имеет особо важное значение для понимания патологических процессов, происходящих в организме. Тонкий баланс между потребностью кислорода и его доставкой нарушается при заболеваниях сердца, раке, хронических обструктивных заболеваниях легких и др. заболеваниях и состояниях. (Серебровская 2006)
Гипоксия (от лат. hypo – недо-, ниже- и oxygenium – кислород) – пониженное содержание кислорода в тканях организма, наблюдаемое при его недостатке в воздухе и при некоторых заболеваниях. В учебниках и руководствах понятие гипоксии рассматривается как патологический процесс, однако неправильное понимание этого утверждения привело к распространенному даже среди медиков ложному мнению о том, что кислород всегда полезен, а его недостаток всегда вреден для здоровья человека. Вместе с тем уже давно существует точка зрения, с позиции которой проблему гипоксии рассматривал еще В.В. Пашутин (1881), указывавший, что «состояние гипоксии периодически возникает при естественной деятельности организма». Причинами периодического возникновения физиологической гипоксии В.В. Пашутин считал тяжелую физическую работу и пребывание в горных районах. Позже было показано, что периодическая физиологическая гипоксия развивается не только при интенсивной деятельности какой-либо системы организма, но и в условиях относительного покоя, о чем свидетельствует постоянное наличие молочной кислоты в крови (А.Д. Берштейн, 1965). Следовательно, периодическая гипоксия может возникать как в состоянии покоя, так и при напряжении функций органов и систем, что обусловливает постоянную «тренировку» компенсаторных реакций, обеспечивающих устранение возникшего кислородного голодания. (Г.А. Игнатенко, 2008)
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2019 – раскрыт секрет “как клетка чувствует изменения уровня кислорода”
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2019 г. была присуждена трем ученым, Уильяму Г. Кэлину младшему, Питеру Рэтклиффу и Греггу Семенце за их новаторскую работу, раскрывающую, как клетки чувствуют изменения уровня кислорода и адаптируются к этим изменениям.
Кислород жизненно важен для всех живых организмов. В ходе эволюции животные развили способность адаптироваться к изменениям концентрации кислорода на Земле. Однако совсем недавно было неясно, как животные могут ощущать изменения в доступности кислорода и адаптироваться к ним.
За открытие того, как клетки чувствуют
и адаптируются к доступности кислорода
КАК КЛЕТКИ ЧУВСТВУЮТ И АДАПТИРУЮТСЯ К ИЗМЕНЕНИЯМ УРОВНЯ КИСЛОРОДА
Гипоксией индуцируемый фактор 1 (HIF-1) представляет собой регулируемый кислородом активатор транскрипции, который играет важную роль в развитии, физиологии и патогенезе болезней млекопитающих… HIF-1 убиквитинируется и подвергается протеасомной деградации в негипоксических клетках. В условиях гипоксии доля убиквитинированного HIF-1 резко снижается, что приводит к накоплению белка.
Далее https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11248550/
ОСНОВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ПОДАЧИ И УТИЛИЗАЦИИ О2 — ФАКТОРЫ ИНДУКЦИРОВАННЫЕ ГИПОКСИЕЙ
Гипоксией индуцированный фактор 1 а — ключевой регулятор доставки и использования кислорода
- HIF-1 контролирует доставку кислорода, регулируя ангиогенез и ремоделирование сосудов, так же как и потребление кислорода, регулируя метаболизм глюкозы и окислительно-восстановительный гомеостаз;
- Активность HIF-1 индуцируется гипоксией через изменения мРНК HIF-1α и уровней белка в головном мозге, сердце, почках, легких и скелетных мышцах;
- HIF-1 действует как главный регулятор в процессе ангиогенеза и ремоделирования сосудов, поскольку он координирует экспрессию большого количества генов, белковые продукты которых играют решающую роль в реализации сосудистых ответов на гипоксию и ишемию;
- Нормальный физиологический ответ на снижение перфузии тканей заключается в том, что возникающая гипоксия тканей индуцирует активность HIF-1, который в свою очередь активирует транскрипцию генов, кодирующих ангиогенные факторы. Эти факторы стимулируют ремоделирование коллатеральных кровеносных сосудов, что приводит к усилению кровотока.
- Помимо стимулирования доставки O2, HIF-1 также активирует транскрипцию генов, кодирующих ферменты, переносчики и митохондриальные белки, которые регулируют утилизацию O2, переключая клетки с окислительного метаболизма на гликолитический путь получения энергии