Морские слоны нашли пользу в угарном газе

В крови морских слонов обнаружили на редкость высокий уровень монооксида углерода – предположительно, с его помощью они защищают себя от последствий гипоксии, неизбежной при длительном пребывании под водой.

Угарным газом, или монооксидом углерода (CO) нас пугают со школы. Он не имеет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, но при этом довольно ядовит – из-за того, что образует чрезвычайно прочный комплекс с белком гемоглобином. Как мы все хорошо знаем, гемоглобин переносит кислород из лёгких к другим тканям и органам, но, если с гемоглобином соединился угарный газ, молекула кислорода его оттуда уже не вытеснит. Грубо говоря, CO лишает организм кислорода – связываясь с гемоглобином, угарный газ прекращает газообмен.

Чаще всего угарный газ вспоминают в связи с пожарами или в связи с печным отоплением – при определённых условиях топливо сгорает с образованием большого количества CO, и человек рискует сильно отравиться, а то и вовсе погибнуть. То, что у этого газа нет ни вкуса, ни запаха, делает его ещё более опасным. Однако на самом деле в малых концентрациях он безвреден: у каждого из нас есть какое-то количество гемоглобина, связанного с CO, который образуется как побочный продукт некоторых биохимических процессов. Нормальное количество испорченного угарным газом гемоглобина у взрослого человека крайне невелико – всего 1% от общего количества гемоглобина. Однако его доля может сильно вырастать у курильщиков (и это ещё одна причина отказаться от вредной привычки).

Учитывая, что мы знаем про CO, трудно представить, что от него может быть какая-то биологическая польза. Но вот морским слонам, по-видимому, удалось найти ему применение. Майкл Тифт (Michael Tift) из Калифорнийского университета в Сан-Диего с помощью коллег измерил уровень CO в крови северных морских слонов – и оказалось, что у этих животных 10% гемоглобина находятся в комплексе с монооксидом углерода. Если вдруг человеку захочется сравняться с морским слоном и связать 10% своего гемоглобина с СО, ему придётся выкуривать по 40 сигарет в день.

Как сообщает  LiveScience со слов самого Майкла Тифта, морские слоны располагают самым большим объёмом крови среди млекопитающих (разумеется, этот объём мы соотносим с размером тела животного), так что исследователи не сильно удивились, обнаружив у них в крови и сравнительно большую концентрацию СО.

Также заметим, что даже  такое количество «выключенного» гемоглобина не мешает газообмену у морских слонов. Собственно, и с человеком 10% связанного с СО гемоглобина ничего страшного не сделают – чтобы почувствовать первые признаки отравления, нужно, чтобы с угарным газом связались 20% гемоглобина, смерть же наступает при 50% и выше.

У морских слонов повышенная доза угарного газа в крови есть у всех особей, независимо от пола и возраста. Спрашивается, для чего? В статье в Journal of Experimental Biology исследователи высказывают предположение, что СО нужен животным для защиты клеток от повреждений, связанных с перепадом уровня кислорода в крови.

Морские слоны ныряют на глубину более 1 500 метров, времени это занимает много, и у них есть целая система, позволяющая правильно распорядиться запасом кислорода во время погружения. Ныряя, животные отключают кровообращение в некоторых органах и тканях, чтобы они не тратили зря ценный кислород – можно сказать, что эти органы и ткани переводятся на урезанный кислородный паёк. Но потом, когда морской слон всплывает, кровоток везде восстанавливается, и возникает риск так называемого реперфузионного синдрома.

Это явление давно знают физиологи и врачи: если ткань некоторое время испытывает кислородный голод, а потом подача кислорода восстанавливается, то в её клетках случаются многочисленные повреждения, подчас весьма серьёзные. То есть от гипоксии ткань страдает, но последующий избыток кислорода заставляет её страдать ещё сильнее. (Причину этого видят в том, что внезапный избыток кислорода запускает вредные окислительные реакции, с которыми клетки не успевают справиться.)

По мнению авторов исследования, монооксид углерода как раз и помогает морским слонам избежать эффекта реперфузии, когда после кислородного голодания в ткани и органы снова приходит кровь, богатая кислородом. На самом деле, говорить об абсолютной вредности (или, в лучшем случае, неполезности) угарного газа было бы не совсем правильно – в последние несколько лет медики активно изучают СО как раз на предмет его полезных физиологических свойств.

Оказалось, что в небольших дозах монооксид углерода препятствует воспалению и защищает клетки от гибели; более того, трансплантологи рассчитывают с его помощью защищать пересаживаемые органы от повреждений. (Как легко догадаться, органам при пересадке тоже угрожает синдром реперфузии.) Так что исследования, посвящённые феномену СО у морских слонов, могут иметь самое что ни на есть практическое медицинское значение.

Понятно, что теперь учёным надо плотнее заняться физиологией морских слонов, чтобы подтвердить свою гипотезу о защитном характере СО, а заодно и сравнить по содержанию монооксида углерода у животных-ныряльщиков с родственными им видами. Если мы, например, сравним пингвинов с другими птицами, то не обнаружим ли мы между ними сильной разницы в содержании СО, связанной с особенностями пингвиньего образа жизни?

Другой вопрос: как морским слонам удаётся накапливать такое сравнительно большое количество СО? Не в курении же их подозревать.

К слову – морские слоны далеко не первый раз помогают учёным понять, какие защитные физиологические механизмы могут работать у животных, которым приходится подолгу находиться под водой. Два года назад, например, исследователи из Института океанологии Скриппса опубликовали работу, в которой рассказывали, почему морские слоны не страдают от морской болезни.

Как оказалось, они приберегают часть запасённого воздуха в трахеях и верхних бронхиолах, которые не могут осуществлять газообмен – кислород отсюда в кровь не попадает, но не попадает в неё и опасный азот, который на большой глубине обычно проникает в кровь и при перепаде давления вызывает кессонную болезнь. Этот запас воздуха животные расходуют на подъёме, когда они ещё находятся под водой, но уже ушли с большой глубины, где кровь могла «заразиться» азотом. Как видим, эволюция сделала морских слонов настоящими экспертами по вопросам физиологии газообмена.