17.05.2019
Институт физиологии Павлова
19 594

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 Ксенией Барановой разбираемся, как нехватка кислорода может улучшить когнитивные способности и помочь при депрессии.

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

— 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 девяти километрах над землей, гипоксия будет смертельной. А вот в Приэльбрусье, на высоте 2,5 километра 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 — научный сотрудник лаборатории регуляции функций нейронов мозга Института физиологии имени И. П. Павлова РАН, кандидат биологических наук. Более 10 лет работает над расшифровкой механизмов, лежащих в основе адаптивных и патологических реакций мозга. Исследует как общие, так и специфические для разных расстройств молекулярные нарушения — в основном при тревожных и депрессивных стрессорных патологиях. 

— 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 километров 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 два часа поднимали на условную высоту в пять километров (10% кислорода, 360 мм рт. ст.) и только после трех сеансов такой умеренной гипоксии поднимали на 10 километров.

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.

Гипоксия против депрессии и когнитивных нарушений: как кислородное голодание улучшает работу мозга
Умеренная нехватка кислорода может оказать лечебный эффект

— 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 нарушении саморегуляции гормональной стресс-системы.

Вообще, состояние, похожее на депрессию, у животных называется выученной беспомощностью. 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.

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

Обезьяны отвечали правильно и быстро, почти не отказывались работать. Спустя годы эксперимент повторили на тех же обезьянах. Конечно, они постарели, им неинтересно 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 повысить стрессоустойчивость?

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

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 пять минут, затем жгут снимали, и кровоснабжение восстанавливалось. Процедуру проводили трижды. Оказалось, 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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН — один из институтов Отделения биологических наук Российской академии наук. Институт ведет фундаментальные и прикладные исследования, направленные на раскрытие механизмов высшей нервной деятельности, функционирования сенсорных и висцеральных систем организма.
Позавчера, 21:16
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

Позавчера, 19:15
Илья Ведмеденко

Российские специалисты из НПО имени С. А. Лавочкина предложили создать надувной модуль, который будет уводить старые космические аппараты с орбиты.

Позавчера, 11:00
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

Позавчера, 11:00
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Позавчера, 21:16
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

19.12.2021
Александр Речкин

Корпорация Илона Маска с 2012 года разрабатывает космический корабль, который может изменить правила игры в космической отрасли. Starship, как его называют, должен стать многоразовой транспортной системой, способной доставить на Красную планету до 100 человек за раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: