Ученые выяснили, как организм человека приспосабливается к жизни в местах, где кислорода в воздухе вдвое меньше, чем на уровне моря. Оказывается, дело не в новых клетках крови, как считалось ранее, а в оптимизации работы гемоглобина. Открытие поможет тренировать спортсменов и альпинистов, а так же лечить сложные травмы, при которых ткани страдают от недостатка кислорода.

Ученым давно было известно о том, что человеческое тело способно адаптироваться к недостатку кислорода. На протяжении 50 лет считалось, что разреженная атмосфера высоко в горах заставляет организм производить больше красных кровяных клеток для снабжения органов кислородом. Однако простая арифметика подсказывает, что это объяснение неверно. Человек может адаптироваться к низкому содержанию кислорода за очень короткое время — меньше двух недель, которые требуются на формирование новых кровяных клеток.

Эксперимент AltitudeOmics, проведенный на самом высоком пятитысячнике Колумбии, горе Чакалтая, позволил ученым понять механизм адаптации к разреженному воздуху. Оказалось, что дело не в новых клетках, а в сложных изменениях, которые затрагивают уже имеющиеся красные тельца. На большой высоте белок, отвечающий за транспорт кислорода — гемоглобин — «учится» переносить намного больше кислорода, чем на уровне моря. Такие изменения в структуре гемоглабина раньше наблюдались в лаборатории, но никогда — в крови живых людей.

Молекула гемоглобина
Гемоглобин — белок крови, отвечающий за транспорт кислорода. На большой высоте в разреженном воздухе он начинает переносить больше кислорода, чем в обычных условиях. Изменения сохраняются до самой смерти клетки, то есть до 120 дней, даже если человек спускается с гор.

Когда экспериментальная группа, состоящая из опытных спортсменов, поднялась в автобусе на высоту 5260 метров, даже самые тренированные участники почувствовали, что каждое движение дается им тяжелее, чем обычно. Содержание кислорода здесь на 47% ниже, чем в долине, поэтому даже подъем по лестнице давался молодым и сильным людям с большим трудом. Однако уже через сутки ученые заметили изменения в структуре гемоглобина в крови участников эксперимента. Через пару недель спортсменам удалось бегом преодолеть на 3,2-километровый подъем (хотя позже они признавались, что это было одно из самых тяжелых упражнений в их жизни).

Участники эксперимента пробыли в горах от одной до двух недель, после чего спустились вниз. При этом эффект, произведенный на гемоглобин в их крови разреженным горным воздухом, сохранялся до тех пор, пока кровь не обновилась естественным образом. Красные кровяные тельца живут около 120 дней — и ровно столько сохраняется привычка организма к низкому содержанию кислорода.

Чакалтая - самая высокая точка Колумбии (5400 метров)
Участники эксперимента провели от 1 до 2 недель на альпинистской базе у вершины горы Чакалтая в Колумбии.

Полученное в результате эксперимента знание о механизмах адаптации к низкокислородной атмосфере пригодится не только альпинистам и бегунам, но и людям, пострадавшим от тяжелых травм. В интенсивной терапии доставка кислорода к органам и тканям часто бывает проблемой; теперь, когда ученые знают о способности гемоглобина адаптироваться к недостатку кислорода, они смогут создать инструменты борьбы с кислородным голоданием поврежденных тканей. Подобные методики также могут пригодиться космонавтам в долгих космических миссиях.

Результаты эксперимента опубликованы в журнале Journal of Proteome Research.