Но длительное пребывание на высотах и тем более постоянное обитание там требует от организма долговременной адаптации к гипоксическим условиям. Сущность и молекулярные механизмы этого приспособления можно понять, сопоставив биохимические и физиологические особенности организма людей, живущих на уровне моря и акклиматизировавшихся к высотам при эпизодическом пребывании там, с постоянно живущими в горах.

Если житель равнины сразу поднимется на значительную высоту, он будет там чувствовать себя весьма неуютно, у него может развиться горная болезнь. Если же высота будет осваиваться постепенно или пребывание на ней будет достаточно длительным, то наступит акклиматизация, человек будет чувствовать себя на высоте достаточно комфортно и сможет выполнять там значительные физические нагрузки. Высотный потолок его возрастет, т.е. снижение насыщения крови кислородом и те изменения функций, которые наступали на данной высоте до акклиматизации, теперь проявятся только на значительно большем уровне. Наконец, у аборигенов гор наибольший высотный потолок, и в тех условиях, к которым жителям равнин надо акклиматизироваться, у них не наблюдается никакого повышения и напряженности физиологических функций, например у непальских шерпов и жителей южноамериканских Анд. Такие же закономерности обнаруживаются при сопоставлении горных животных с обитающими на уровне моря, а также акклиматизированными к высоте.

Схема 9. Цикл Кори

В чем же молекулярная и функциональная основа этих отличий? Все приспособления, происходящие на молекулярном уровне, можно разделить на три группы: облегчающие перенесение организмом недостатка кислорода, направленные на борьбу за возможно большее поглощение кислорода в гипоксических условиях и обеспечивающие наиболее эффективное использование кислорода, поступившего в легкие.

К первой группе относятся повышение содержания в мышцах КФ и активности креатинкиназы – одного из основных ферментов, обеспечивающих ресинтез АТФ. При этом на 20–30% увеличивается содержание гликогена в мышцах, а возможности гликолиза – на 40–100%; почти на 30% возрастает резервная щелочность крови. Все это создает лучшие условия для поддержания уровня АТФ в тканях и для сохранения постоянства реакции крови в условиях гипоксии.

При приспособлениях второй группы увеличивается возможность поглощения кислорода в легких прежде всего за счет большего объема крови, проходящей через них в единицу времени. У адаптированного к высоте человека он на 25% превышает величины, характерные для жителей равнин. Кроме того, возрастает кислородная емкость организма за счет повышения объема циркулирующей крови, количества эритроцитов в ней, созревание которых в костном мозгу стимулируется гипоксией, и содержания гемоглобина. При этом не изменяется объем плазмы крови, составляя и у жителей равнин, и у горцев около 45 мл на 1 кг массы тела, а объем эритроцитов у первых равен 35 мл/кг, а у вторых – 65 мл/кг. В горах возрастает и содержание гемоглобина в крови. Так, по данным одной из гималайских экспедиций, 2-недельное пребывание человека на высоте 4000–5000 м приводит к увеличению содержания гемоглобина на 32%, а на высоте 5800 м – на 41%. При акклиматизации крыс в барокамере с атмосферным давлением, соответствующим высоте 9000 м, гемоглобина в крови становится больше на 38%. У животных, постоянно обитающих в горах, оно существенно выше, чем у живущих на уровне моря: у горных сусликов, например, на 55% выше, чем у равнинных. То же можно сказать и о человеке. У жителей Памира содержание гемоглобина на 20% выше, чем у жителей равнины, а у жителей Анд – на 30%. Такие же изменения вызывает приспособление к гипоксии и в отношении миоглобина. Синтез его возрастает, а содержание в скелетных мышцах и миокарде увеличивается, повышая возможности депонирования кислорода в организме. Акклиматизация крыс к высоте 3810 м сопровождается повышением содержания миоглобина в их мышцах на 50 – 70%; у собак, обитающих на высоте 3730–4510 Mf на 40 – 70% более значительно, чем у живущих на равнине. Интересные данные в этом отношении дает сопоставление равнинных и горных животных. Как видим, у вторых оно значительно выше и в мышце сердца, и в скелетной мышце.

Приспособление к недостатку кислорода необходимо не только человеку и животным, живущим в горах, ко и многим видам, ведущим водный образ жизни или хотя бы совершающим периодические ныряния с пребыванием какое-то время под водой. Например, водные млекопитающие могут находиться под водой от 10–15 до 50 мин, а водные черепахи – до нескольких часов. У тех и других содержание миоглобина выше, чем у наземных животных. Так, у тюленей и китов оно достигает 16 – 40 г. на 100 г. высушенной ткани. Если сравнить человека и тюленя с одинаковой массой тела, то запас кислорода, связанного с миоглобином, у первого равен 335 мл, а у второго – 2530 мл. Это почти на порядок больше! В мышцах неныряю щи ч животных миоглобина значительно меньше, чем у ныряющих, но близких им.

Миоглобин обладает намного большим сродством к кислороду, чем гемоглобин крови, и легко присоединяет его, забирая от гемоглобина. Вместе с тем он легко отдает его клеточным окислительным системам, поддерживая окислительные процессы. При приспособлении организма к высотной гипоксии возможности этого возрастают. Миоглобин не только поглощает, резервирует и отдает кислород, но и осуществляет в клетке направленный перенос его к окислительным ферментам, активируя их.

Наконец, третья группа приспособительных изменений, направленных на более эффективное использование кислорода, находит выражение в увеличении количества митохондрий, активности и содержания ряда окислительных ферментов. Активность НАД* H2-цитохром-оксидоредуктазы возрастает на 15%, сукцинатдегидрогс-назы – на 85, цитохромоксидазы – на 100%. Содержание цитохрома с – одного из важных компонентов дыхательной цепи – в разных органах повышается на 16 – 300%. Возрастает и эффективность окислительного фосфорилирования, т.е. выход АТФ на единицу поступившего в митохондрии кислорода; на 30% увеличивается коэффициент Р/О. При этом повышается не только скорость окислительного фосфорилирования, но и активность АТФазы, т.е. возможность и использования АТФ, и возобновления ее запасов, в результате чего того же количества АТФ оказывается достаточно для выполнения большего объема функциональной работы. Увеличение эффективности процессов аэробного окисления наблюдается как у рептилий, так и у млекопитающих животных, не только ведущих водный образ жизни, но и совершающих ныряния. В их мышцах повышено содержание многих компонентов дыхательной цепи, в частности цнто-хрома с.

В результате произошедших молекулярных изменений организм, приспособленный к высотам, в условиях сниженного парциального давления или содержания кислорода во вдыхаемом воздухе потребляет больше кислорода. Так, если в нормальных условиях равнины во вдыхаемом воздухе 21% кислорода, то на высоте его меньше: до 12%; газообмен у не приспособленных к гипоксии животных уменьшается на 11%, в то время как у приспособленных он не изменяется. При еще большем снижении содержания кислорода потребление его у последних выше, чем у первых, на 100–120%. Возрастает и устойчивость высших структур клеточных белков к повреждающему действию гипоксии. Об этом можно судить по способности клеток к прижизненной окраске безвредными красителями: чем больше повреждение структуры белка, тем интенсивнее он окрашивается. Такие исследования показали, что при выдерживании в гипокеических условиях клеточные белки не адаптированных к ним животных на 31% интенсивнее окрашиваются, чем приспособленных.