Исследователи в области биологии выяснили, каким образом бурые медведи способны длительное время пребывать в состоянии покоя, не утратив при этом физической формы. В период зимней спячки животные кардинально изменяют клеточные процессы, сокращая число митохондрий, однако повышая производительность сохранившихся. Специалисты надеются адаптировать особенности организма медведей для разработки новых препаратов, направленных на предотвращение атрофии мышц.
Длительное отсутствие движения негативно сказывается на организме. Даже после нескольких недель постельного режима происходит ослабление и атрофия мышц, а для их восстановления требуются продолжительные месяцы реабилитации.
Особенно актуальна эта проблема для пациентов, перенесших сложные хирургические вмешательства, людей пожилого возраста и космонавтов, находящихся в условиях невесомости. Современная медицина пока не располагает средствами для полного устранения этого явления, и в основном использует диетическое питание и физиотерапевтические методы.
Тем не менее, в животном мире существуют исключения из этого правила. Бурые медведи могут впадать в спячку на срок до шести месяцев, не двигаясь и не потребляя пищу и воду. Весной они покидают берлогу, сохраняя практически ту же физическую форму, что и осенью. При этом их мускулатура не ослабевает, даже в условиях экстремального воздействия.
На протяжении многих лет исследователи стремились выяснить, какие механизмы позволяют организму медведя избегать повреждений. Изначально предполагалось, что ключевую роль играют особенности состава крови или гормональный фон, однако точные клеточные процессы оставались неизученными.
Международная группа ученых провела исследование бурых медведей, обитающих в естественной среде Швеции, чтобы понять особенности протекания клеточных процессов в их организмах. Анализ образцов мышечной ткани, полученных зимой и летом, выявил неожиданные данные. Статья об этом опубликовали в журнале Acta Physiologica.
В рамках масштабного исследования ученые осуществили трудоемкую полевую работу. В зимний период они обнаруживали спящих медведей под снежным покровом, кратковременно погружали их в состояние временного сна и забирали незначительные образцы мышечной ткани для дальнейшего анализа. Летом тех же животных отслеживали с использованием вертолетов, чтобы повторить процедуру в период их активности. Основной акцент был сделан на митохондриях – клеточных структурах, обеспечивающих выработку энергии, необходимой для жизнедеятельности и движения.
Согласно результатам исследования, в период зимней спячки наблюдается уменьшение числа митохондрий в мышечной ткани медведя. Тем не менее, сохранившиеся митохондрии функционируют по-другому, переходя в режим экономии энергии. Животные изменяют метаболические процессы, направленные на получение энергии, и начинают более активно задействовать белок, известный как комплекс II, который эффективен при сниженной температуре тела.
Как правило, снижение температуры замедляет протекание любых реакций, но в мышцах медведя это понижение температуры используется как защитный механизм. Ученые установили, что клетки этого животного подавляют стандартные процессы дыхания, при этом сохраняя важнейшие ферменты в состоянии готовности. Благодаря этому мышцы не расходуют энергию впустую, но способны моментально активироваться, если животное потревожит опасность.
В ходе исследований было установлено, что медведи демонстрируют необычайную адаптивность в использовании источников энергии. Даже в состоянии сна их мускулатура способна переходить между метаболизмом жиров и углеводов. У человека при продолжительной неподвижности эта адаптация снижается, что может вызывать сбои в обмене веществ. Для медведей же такая способность является ключевым фактором выживания.
Оптимизация метаболизма – вот в чем заключается секрет необычайной силы медведя. Животное отказывается от некоторых клеточных элементов, чтобы экономить энергию, но при этом обеспечивает максимальную производительность и продолжительность жизни сохранившимся.
Полученные данные указывают на потенциальную возможность использования в медицинской практике. Изучая механизмы, посредством которых медведи контролируют митохондрии, исследователи надеются найти способы воспроизвести этот процесс у людей для эффективной борьбы с дегенерацией мышечной ткани.