Исследователи раскрывают тайну сердец-зомби

Рыбы-ведьмы (миксиновые, Hagfish) — слизистые обитатели дна, которые живут и процветают в глубоких водах, где трудно получить кислород. Фактически, их сердца могут продолжать биться в течение 36 часов без кислорода, что делает их чемпионом среди толерантных к аноксии рыб.

Человеческое сердце, напротив, становится постоянно поврежденным через несколько минут без кислорода.

Теперь, исследования Университета Гвельфа раскрыли нам подсказки о том, как рыбы поддерживает работу своих сердец, даже когда у них заканчивается кислород. Раскрывая загадки сердца этих рыб, работа может дать новые идеи о том, как защитить человеческое сердце, когда нарушается доставка кислорода, например, во время сердечного приступа.

«Мы хотим понять, как сердца этих рыб могут работать так долго без кислорода, потому что это может привести к инновационным стратегиям сохранения сердечной ткани человека во время инфаркта миокарда или трансплантации сердца», — сказал профессор Тодд Гиллис, который возглавлял исследование.

«Мы хотели знать, какие метаболические виды топлива использовались и как они их использовали, учитывая, что сердца большинства позвоночных исчерпывают клеточную энергию, когда кислород удаляется. Это то, что приводит к повреждению тканей».

Опубликованное в Журнале сравнительной физиологии (Journal of Comparative Physiology), исследование проверило два потенциальных источника топлива: глюкозу и глицерин.

Ранее Гиллис обнаружил, что в начале воздействия аноксии сердца миксиновых рыб используют гликоген для получения энергии, формы накопленной глюкозы в мышцах. Но этих запасов гликогена недостаточно для поддержания работы сердца во время непрерывного воздействия аноксии, и было неясно, какое топливо взяло верх после истощения гликогена.

Ученые подвергали изолированные сердца рыб 12 часам аноксии или нормоксии, в течение которых они измеряли сокращение сердца, снабжая сердца физиологическим раствором, содержащим либо глюкозу, глицерин, либо отсутствие источника топлива.

Во время этих экспериментов сердца продолжали работать, даже без кислорода.

«Если бы вы обращались с сердцем млекопитающего подобным образом, оно быстро прекратило бы биться и стало бы непоправимым. Вам также пришлось бы продолжать стимулировать его легким электрическим током, просто чтобы оно продолжало биться. Но сердце этих рыб продолжает генерировать достаточно электрический потенциал, чтобы продолжать работать», — сказал Гиллис. «Они как зомби-сердца; они будут продолжать биться не смотря ни на что. Это довольно удивительно видеть».

Эксперименты показали, что снабжение сердца глицерином во время аноксии явно усиливает сокращение сердца — даже в большей степени, чем когда сердце снабжается глюкозой, которая обычно является топливом, которое предпочитают мышцы.

«Мы все еще пытаемся выяснить, что это значит», — говорят ученые. «Эти результаты поднимают так много интересных вопросов. Есть ли польза от использования глицерина? Это какая-то наследственная аномалия или результат эволюции, что они стимулируются глицерином?»

Ученые подозревают, что глицерин доставляется в сердце из печени. «Мы обнаружили очень высокий уровень глицерина в печени, где он будет производиться, а затем транспортироваться в ткани».

L. A. Gatrell et al, Contractile function of the excised hagfish heart during anoxia exposure, Journal of Comparative Physiology B (2019). DOI: 10.1007/s00360-019-01208-w