Гипоксия против депрессии и когнитивных нарушений: как кислородное голодание улучшает работу мозга

Ученые Института физиологии имени И. П. Павлова проводят уникальные исследования механизмов и последствий кислородного голодания. Вместе с кандидатом биологических наук, сотрудником института Ксенией Барановой разбираемся, как нехватка кислорода может улучшить когнитивные способности и помочь при...

- Ксения, расскажите опасна ли все-таки гипоксия или полезна?

- Гипоксия - это кислородное голодание, то есть снижение уровня кислорода в организме или отдельных органах. Обычно гипоксия ассоциируется с опасностью, так как сейчас много говорят про ишемические болезни и почти каждый знает, что можно задохнуться, если подняться слишком высоко.

Понятно, что на пике Эвереста, в 9 километрах над землей, гипоксия будет смертельной. А вот в Приэльбрусье, на высоте 2,5 км над уровнем моря, расположен курорт, где разреженный воздух оказывает лечебный эффект. Если нехватка кислорода на Эвересте убивает, то небольшая доза гипоксии, наоборот, укрепляет организм.

Ксения Баранова - сотрудник лаборатории регуляции функций нейронов мозга ФГБУН Института имени И. П. Павлова РАН, кандидат биологических наук

Умеренная нехватка кислорода может оказать лечебный эффект

- Как ученые пришли к выводу, что гипоксия может быть полезной?

- Мы проводили эксперименты - помещали лабораторных крыс в барокамеру и меняли давление, чтобы определиться с дозами гипоксических воздействий.

В первом эксперименте из барокамеры откачали воздух настолько, что давление составило только 180 мм рт. ст. В камере осталось 5% кислорода, что соответствует высоте 10 км над землей. Половина испытуемых крыс такой подъем не пережила, а у выживших были серьезные нарушения в работе мозга.

Во втором эксперименте группу крыс сначала на 2 часа поднимали на условную высоту 5 км (10% кислорода, 360 мм рт. ст.), и только после трех сеансов такой умеренной гипоксии, поднимали на 10 км.

Все крысы выжили и чувствовали себя хорошо. У них не было обычных постгипоксических нарушений в поведении или проблем с памятью и обучением. Умеренная гипоксия укрепила организм, повысила устойчивость мозга к повреждениям, улучшила его работу, запустив адаптивные механизмы.

- Если кислородное голодание активирует внутренние адаптивные механизмы мозга и повышает устойчивость к вредным воздействиям, то поможет ли оно противостоять стрессам и связанной с ними эпидемии депрессий?

- Депрессивное поведение у крыс проявляется снижением двигательной и исследовательской активности, ростом тревожности в поведенческих тестах. Гормональные нарушения заключаются, как и у человека, в длительном росте уровня кортикостероидных гормонов стресса в крови и нарушением саморегуляции гормональной стресс-системы.

Вообще, состояние, похожее на депрессию, у животных называется выученная беспомощность. Если крыса проведет час в закрытой камере с несильными, но неприятными ударами током, то сначала она будет пытаться выбраться.

Но из-за того, что бегство невозможно, она перестанет бороться, смирится с безвыходностью и не сбежит, даже если открыть дверь камеры. Она научилась, что все бесполезно, выучила беспомощность, это аналог депрессии.

Если же крысу подвергнуть сильному стрессу, связанному с угрозой жизни, то у нее формируется тревожное расстройство, по симптомам соответствующее посттравматическому стрессовому расстройству (ПТСР) у человека. Наши опыты показали, что если таких крыс с тревожным или депрессивным расстройством три раза в барокамере подвергнуть умеренной гипоксии, то депрессии и ПТСР пройдут, поведенческие и гормональные нарушения не сформируются.

- То есть гипоксия улучшает работу мозга?

- Действительно, умеренное кислородное голодание не только помогает мозгу справляться со стрессами, но и в целом, улучшает его работу, что интереснее рассмотреть на обезьянах. Существует много тестов на когнитивные (познавательные) функции мозга, обучение и память.

Например, выбор из нескольких сложных картинок по разным признакам и удержание этого выбора в памяти. 15 лет назад в нашей лаборатории молодых макак научили выбирать и запоминать такие картинки.

Эксперименты с обезьянами

Обезьяны отвечали правильно и быстро, почти не отказывались работать. Спустя годы эксперимент повторили на тех же обезьянах. Конечно, они постарели, им не интересно было выбирать картинки, они нередко отказывались, долго думали и часто ошибались.

Тогда ученые посадили обезьян в барокамеру, чтобы проверить, работает ли живительная гипоксия с возрастными нарушениями функций мозга. После трех сеансов кислородного голодания на пятикилометровой высоте пожилые макаки начали работать с учеными даже охотнее, чем в молодости.

Они стали отвечать быстрее и совершать меньше ошибок. Умеренная гипоксия, можно сказать, спасла их от старческого маразма, улучшила работу их мозга, уменьшив когнитивные нарушения.

- Может ли локальная гипоксия увеличить стрессоустойчивость?

- Гипоксию может испытывать не весь организм, а отдельный орган. Такое кислородное голодание происходит из-за уменьшения кровотока и называется ишемия.

Все знают, что инсульт - состояние, когда участок мозга остается без кровоснабжения, - смертельно опасен. Однако если у животного или человека раньше случались ишемические приступы (снижение и восстановление кровотока), то мозг окажется более устойчив, меньше пострадает и быстрее восстановится.

Да, тут тоже все решает доза. Не нужна барокамера, чтобы устроить гипоксию своей руке. Для этого достаточно измерить давление тонометром, манжета сдавит руку и ненадолго снизит в ней кровоток.

Ученые нашей лаборатории проводили опыты, чтобы проверить, помогает ли локальная гипоксия при стрессорных расстройствах. Крысам с депрессией или ПТСР перетягивали заднюю лапу жгутом на 5 минут, затем жгут снимали, и кровоснабжение восстанавливалось. Процедуру проводили трижды. Оказалось, что после трех коротких эпизодов ишемии, симптомы депрессии и тревоги у животных почти исчезли.

- А с человеком это сработает?

- Сначала нужно выяснить, какие механизмы повышают адаптацию мозга к таким неблагоприятным факторам, чтобы в последствии узнать, поможет ли гипоксия человеку.

На данный момент нам удалось пролить свет на некоторые запускаемые умеренной гипоксией механизмы повышения адаптивных возможностей и устойчивости мозга к стрессам.

Мы надеемся, что эти результаты поспособствуют внедрению этой технологии в медицинскую практику. Благодаря эффективности метода и его немедикаментозной природе такая гипоксия поможет в лечении и профилактике постстрессовых депрессивных и тревожных расстройств.

- То есть депрессию и тревожные расстройства можно будет лечить без лекарств?

- Наши данные расширяют современные представления об участии транскрипционных факторов, нейротрофинов и рецепторов мозга в развитии тревожно-депрессивных заболеваний. Это позволяет надеяться на разработку более эффективных антидепрессантов.

Благодаря полученным результатам в перспективе возможно создание нового поколения лекарств, оказывающих направленное действие не на общие, а на специфические нейрохимические механизмы патогенеза различных форм тревожно-депрессивных расстройств. Ну а пока таких лекарств нет, от стрессов и депрессий нас спасет барокамера.

Беседовала Анфиса Родионова.