Nový krevní doping? Gen v kůži!

PETR HENEBERG  |  Věda
Nový krevní doping? Gen v kůži!

Zakážou pořadatelé příštích olympijských her vstup sportovcům dýchajícím kůží?

Zdálo by se logické, že detekci obsahu vzdušného kyslíku si bude naše tělo zajišťovat v plicích, kde probíhá klíčová část jeho výměny mezi lidským tělem a okolním prostředím. Můžeme to i zkusit -stačí na chvíli zadržet dech a tělo se nám rychle o svůj pravidelný příděl přihlásí. Jenže u vývojově nižších živočichů, třeba u žab a jiných obojživelníků, je již dlouho známa jejich schopnost výměny plynů i detekce obsahu kyslíku ve vnějším prostředí pokožkou. Donedávna se myslelo, že savci toho víceméně nejsou schopni. V prestižním časopise Cell ale skupina vědců pod vedením Randalla S. Johnsona z Kalifornské univerzity v San Diegu prezentovala své překvapivé zjištění. Zdá se, že pokožka savců obsahuje senzory kyslíku shodné s plicními, a že dokonce jejich prostřednictvím dochází k aktivní regulaci množství červených krvinek v těle. Výsledky jsou zatím příliš čerstvé, ale představují obrovský potenciál pro vývoj podpůrných přípravků ke zvýšení krvetvorby – ať již pro využití v medicíně nebo u dopingu sportovců.

Za vším hledej EPO

V buňkách pokožky, keratinocytech, máme všichni protein zvaný VHL. Jestli jej máme málo, anebo pokud by nám dokonce chyběl, dochází ke zvýšení hladiny erytropoetinu (často bývá používána jen jeho zkratka EPO) v krevní plazmě a k výrazně zvýšené produkci červených krvinek, a tím způsobené vyšší hustotě krve. EPO je nechvalně proslulým hormonem, jehož nitrožilní podávání vede ke zvýšené fyzické výkonnosti. Od roku 1989 je jeho použití ve vrcholovém sportu zakázáno, avšak vhodné detekční metody se více rozšířily až po roce 2000, kdy byly použity na olympijských hrách v australském Sydney. Podle řady sportovních asociací, například Mezinárodní asociace atletických federací IAAF, nelze uznat světový rekord, pokud byl dosažen sportovcem užívajícím právě erytropoetin. Značné obliby před větším rozšířením testů dosáhl zejména mezi cyklisty a lyžaři.

Švýcarský jezdec Rolf Järmann se před časem pro Frankfurter Allgemeine Zeitung dokonce vyjádřil: „EPO bylo svého času tak rozšířené, že všichni měli stejné šance. Vyhrál ten, kdo nejvíc trénoval nebo nejlépe jel.“ Lidé mající vrozenou zvýšenou hustotu krve vlivem vyšší produkce červených krvinek vesměs nesou ve svých kožních buňkách zmutovaný gen pro výše zmiňovaný protein VHL. Dobrá tedy, ale jak to souvisí s naší pokožkou, když EPO nemáme v buňkách pokožky, nýbrž v krevní plazmě? Jak může mutace proteinu VHL v kůži zvýšit hladinu EPO a červených krvinek? V naší kůži se nachází řada kapilár, malých tenkých cév, které se rozšiřují či zužují v závislosti na tom, jaká je okolní teplota, případně jakou člověk vyvíjí aktivitu.

Všichni to známe – naše pleť zčervená, pokud budeme pobývat v příliš horkém prostředí, naopak v chladu se nám kožní kapiláry stáhnou, aby oběhový systém dokázal udržet dostatečnou teplotu alespoň těch nejdůležitějších orgánů – a naše kůže následkem toho zesvětlá. K obdobným změnám dochází například při stresu – známé zblednutí není nic jiného, než snížení množství krve v kožních vlásečnicích – krve se v tomto případě nedostává stresovanému mozku řešícímu v tu chvíli, jak z dané problematické situace co nejlépe vybruslit. Čili je zřejmé, že regulace toku krve v kůži jsme schopni, a ta je významným mechanismem udržování naší stálé tělesné teploty.

A jsme zpět u proteinu VHL. U myší, které nejsou schopny syntézy proteinu VHL, dochází k výraznému růstu krevního tlaku v kožních vlásečnicích. Zároveň dochází k deregulaci dalších genů zvaných HIF-1a HIF-2 majících za následek rozšíření kožních vlásečnic. Oba tyto efekty způsobují, že do kůže přitéká podstatně větší množství krve, než bývá obvyklé, a na ostatní orgány se nedostává.Následkem toho dochází v játrech dokonce k akutnímu nedostatku kyslíku. A příběh se nám propojuje. Nedostatek kyslíku v játrech totiž v tomto orgánu spouští intenzivní syntézu hormonu EPO – játra si tak zajišťují přítomnost většího množství červených krvinek, a tím i lepší zásobení kyslíkem.

Nitroglycerin

Zajímavým důkazem bylo rovněž podání nitroglycerinu. Nitroglycerin je sám o sobě značně toxický, podání již několika desítek miligramů může být pro člověka smrtelné. Hlavním účinkem, pro který bývá v medicíně často využíván, je rychlé rozšíření cév a následný pokles krevního tlaku. Toto je cennou devízou u pacientů s chorobami cév a vysokým krevním tlakem, kterým bývá často doporučováno použití nitroglycerinové tabletky ihned po zpozorování srdečních problémů. Běžné je jeho použití na začátku záchvatu anginy pectoris, při akutním infarktu nebo krátce před plánovanou namáhavou činností kardiaků.

A právě toho, že nitroglycerin mění průtok krve v cévách, využil i Johnsonův tým. Jedné skupině myšek podal nitroglycerin perorálně, tj. podobným způsobem, jako jej užívá například ve formě tabletky většina pacientů. Druhé skupině jej podal pomocí náplastí, ze kterých se pomalu uvolňoval do kůže – pro lepší představivost jde o podobný mechanismus využívaný například ve známých nikotinových náplastích pro odvykání kouření. Jen jedna z těchto dvou experimentálních skupin na podání nitroglycerinu zareagovala -byly to ty myšky, které na sobě měly nitroglycerinové náplasti. Tok krve se v jejich těle dramaticky změnil – snížil se v játrech a slezině a naopak se zmnohonásobil v pokožce. Toto mělo za následek akutní nedostatek kyslíku v játrech, a tak hladina EPO v krevní plazmě rychle stoupla na sedminásobek původní hodnoty. Zjistili zároveň, že za celý tento mechanismus odpovídá gen HIF-1.

Pokud buňky pokožky tento gen postrádaly, ke zvýšení hladiny EPO po aplikaci nitroglycerinových náplastí vůbec nedošlo.A jak že na to vše Johnsonova skupina vlastně přišla? Původně zkoumali kožní nádory, a když buňkám pokožky pozměnili množství HIF-1, myšky k jejich překvapení zcela změnily svůj vzhled. Měly tolik červených krvinek, že „jejich krev vypadala jako bahno“, napsal počátkem roku Johnson.

Nový krevní doping? Gen v kůži!

Dýcháme kůží?

Pořád ještě nevíme, co je vlastně oním kožním senzorem obsahu kyslíku. Víme ale, že gen HIF- 1, klíčový pro tuto detekci, se objevuje nejen v myších, ale i v lidských kožních buňkách. Očekává se tedy velmi rychlé využití změn v expresi genu HIF-1 v praxi – zvýšení množství tohoto proteinu v kožních buňkách se zdá být novou a prozatím legální cestou k dramatickému zvýšení počtu červených krvinek u atletů – podobně jako toho dnes dosahují za použití kyslíkových stanů či tréninkem ve vysokých nadmořských výškách. Použití EPO je již zakázáno, avšak HIF-1 ani hypoxie indukovaná nitroglycerinem zatím na indexu nejsou.

Samozřejmě tento objev nemá využití jen pro zvýšení výkonnosti sportovců. První návrhy se objevují i pro jeho využití v klinické medicíně a vysvětlení mechanismů některých už nyní využívaných léčebných technik. Jednou z již používaných metod je aplikace nitroglycerinových náplastí pro léčbu bolestí v oblasti hrudníku při chorobách srdce. Další z možných aplikací je zvýšení produkce EPO pomocí kožních nitroglycerinových náplastí u lidí trpících chudokrevností z důvodu špatné funkčnosti sleziny či některých nádorových onemocnění. Výše zmiňované výsledky byly v současné době podpořeny i dalšími studiemi, kdy bylo zjištěno zvýšené množství EPO a HIF-1 u lidí pobývajících v prostředí s nízkým obsahem kyslíku. Dýchání kůží patrně ani u lidí, ani u myší nehraje podstatnější roli (viz rámeček). Nicméně nově objevená schopnost kůže vnímat koncentraci kyslíku v našem okolí, spolu se schopností předávat tuto informaci dále vnitřním orgánům, je nesmírně důležitá. Jde o průlomový objev, jehož význam se přinejmenším rovná objevu EPO v minulém století.

DÝCHÁNÍ KŮŽÍ

Každý z nás se ve škole učil, že žáby dýchají kůží, ale že lidé tuto schopnost postrádají. Nebylo to úplně přesné, avšak zdá se jisté, že plíce jsou a budou považovány za náš hlavní dýchací orgán. Naše kůže je totiž příliš silná a vzdušný kyslík má schopnost jen velmi omezené difuze. Přesto však svou pokožku do jisté míry k dýchání využíváme. Není totiž protkána krevními vlásečnicemi tak, jako je tomu u jiných druhů zvířat, třeba u výše zmiňovaných žab. Na jednu stranu tedy v kůži kvůli její tloušťce nedochází k přenosu kyslíku do krve a k jeho následnému rozvodu po těle, na druhou stranu buňky pokožky kyslík potřebují stejně tak jako všechny ostatní buňky našeho těla. Kyslík k nim pravděpodobně proniká difuzí ze vzduchu. Za normálních okolností tedy buňky pokožky kyslík z krve nepotřebují. Teprve pokud se sníží obsah kyslíku v okolním vzduchu, buňky pokožky začnou vydávat signály o jeho nedostatku. Využívají k tomu produkci oxidu dusnatého, který velmi účinně indukuje zvětšení průměru krevních cév a kapilár, tzv. vazodilataci.

Tento děj je naprosto nezávislý na intenzitě našeho dýchání a umožňuje buňkám pokožky využití náhradního zdroje kyslíku – který se k nim začne po zvýšení průtoku krve dostávat difuzí z rozšířených krevních vlásečnic v hlubších vrstvách kůže. Vstřebávání kyslíku pokožkou bylo u člověka poprvé popsáno dokonce již roku 1851; efektivní je však jen do hloubky přibližně 0,4 mm – v poměru k množství kyslíku vstřebávanému plícemi jde pouze o asi 4 promile. Každý z nás se kdysi na základní nebo střední škole učil, že žáby dýchají kůží, ale že lidé tuto schopnost postrádají. Nebylo to tak úplně přesné.

HOŘČIČNÝ OLEJ

Masáž novorozeňat za použití hořčičného oleje je klasickou technikou dodnes masově rozšířenou v chudších částech zemí jižní Asie, například v Pákistánu, Bangladéši či Nepálu. Někteří z místních lékařů proti používání hořčičného oleje v poslední době intenzivně brojí, domnívají se, že vede k narušení struktury pokožky. Objev regulace EPO prostřednictvím buněk naší pokožky však staví použití hořčičného oleje do jiného světla. Hořčičná silice, odborným názvem isothiokyanatan allylnatý, je totiž schopna zvýšit průtok krve kůží a zároveň stimulovat syntézu EPO. Namístě je tedy spekulace, že použití hořčičného oleje při masáži novorozenců stimuluje v jejich těle syntézu EPO, a tím podporuje krvetvorbu novorozenců. Použití hořčičného oleje v prvních dnech po narození by jim proto mohlo svědčit – chudokrevnost je u novorozenců častým problémem. Nejspíš máme před sebou další z dosud podceňovaných pozitivních efektů tradiční medicíny. EPO bylo svého času tak rozšířené, že všichni všichnEPO měli stejné šance. Vyhrál ten, kdo nejvíc trénoval nebo nejlépe jel.

Nejčtenější