Биологи раскрыли, как бурые медведи могут месяцами лежать без движения и не терять физическую силу. Во время спячки они полностью перестраивают работу клеток, уменьшая количество митохондрий, но усиливая эффективность оставшихся. Ученые хотят перенести медвежьи способности в новые лекарства от атрофии мышц.
Для человека длительная неподвижность — большая проблема. Уже через несколько недель постельного режима мышцы начинают слабеть и уменьшаться в объеме, а восстановление требует долгих месяцев реабилитации.
Проблема особенно остро стоит перед пациентами после тяжелых операций, пожилыми людьми и космонавтами в невесомости. Медицина пока не может полностью предотвратить этот процесс, полагаясь в основном на питание и физиотерапию.
Однако в природе есть существа, которые нарушают это правило. Бурые медведи проводят в спячке до полугода без движения, пищи и воды. Весной они выходят из берлоги практически такими же сильными, как были осенью. Их мышцы не атрофируются, несмотря на экстремальные условия.
Ученые давно пытались понять, как именно организм медведя защищает себя от разрушения. Ранее считалось, что дело в уникальном составе крови или гормонах, но детальные механизмы на клеточном уровне оставались не раскрыты.
Международная группа исследователей изучила бурых медведей в дикой природе Швеции, чтобы разобраться в их клеточных процессах. Сравнение образцов мышечной ткани, взятых зимой и летом, показало неожиданные результаты. Статью об этом опубликовали в журнале Acta Physiologica.
Ученые провели сложную полевую работу. Зимой они находили спящих медведей под снегом, временно усыпляли их и брали крошечные кусочки мышц для анализа. Летом тех же зверей выслеживали с вертолетов, чтобы повторить процедуру в период их активности. Главное внимание уделили митохондриям — клеточным электростанциям, которые производят энергию для жизни и движения.
Анализ показал, что во время зимней спячки количество митохондрий в мышцах медведя снижается. Однако те, что остаются, работают иначе: переходят в режим энергосбережения. Медведи меняют химические пути получения энергии и начинают активнее использовать белок, называемый комплексом II, который работает при пониженной температуре тела.
Обычно холод замедляет все реакции, однако мышцы медведя задействуют это снижение температуры как защитный механизм. Исследователи выяснили, что клетки животного подавляют обычные процессы дыхания, тем не менее сохраняют ключевые ферменты в боевой готовности. Это позволяет мышцам не тратить ресурсы впустую, но при этом мгновенно включиться, если зверя разбудит опасность.
Кроме того, команда обнаружила, что медведи сохраняют удивительную гибкость в выборе топлива. Даже во сне их мышцы могут переключаться между сжиганием жира и углеводов. У людей при длительном бездействии эта способность теряется, что ведет к метаболическим нарушениям. У медведей же такая гибкость — залог выживания.
Таким образом, секрет медвежьей силы кроется в оптимизации метаболизма. Зверь избавляется от части клеточных структур, чтобы не тратить энергию на их поддержание, но оставшиеся настраивает на максимальную эффективность и долговечность.
Результаты исследования имеют перспективу применения в медицине. Понимая, как медведи управляют митохондриями, ученые будут искать способы имитировать процесс у людей, чтобы эффективно бороться с атрофией мышц.