Л.Х. Пастушкова1, А.Г. Гончарова2, Д.Н. Каширина3, И.М. Ларина4, Е.А. Ильин5

1–5 Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Сохранение высокой работоспособности и состояния здоровья лиц, работающих и проживающих в условиях гипобарической гипоксии и гиподинамии – актуальная задача физиологии и медицины. Изучение динамичных изменений протеома плазмы крови дает понимание направленности биологических процессов организма здорового человека в экстремальных условиях.

Цель. Исследование влияния гипобарической гипоксии и гиподинамии на протеом плазмы крови здорового человека на протяжении годичной зимовки.

Результаты. Масс-спектрометрическим методом исследовали протеом, полученный из «сухих» пятен крови восьми практически здоровых мужчин. Образцы собирались в течение года зимовки на станции «Восток», каждые два месяца. Было отмечено, что под действием комплекса экстремальных факторов среды возникают изменения протеомной композиции крови. Эти изменения – отчетливо компенсированные, о чем свидетельствует поддержание хорошего состояния здоровья и уровня работоспособности исследуемых. Отмечена динамика показателей протеома в части регуляции антиоксидантной защиты, функций эритроцитов как отражение адаптации к гипоксии, иммунитета, устранения повреждений ДНК со стороны АФК, изменения активности ангиогенеза, продукции и транспорта половых стероидов.

Практическая значимость. Понимание направленности биологических процессов, обеспечивающих адаптацию здорового организма к комплексу экстремальных факторов, важно для формирования стратегии медицинского контроля и предложений по мерам и средствам профилактики изменений состояния здоровья.

Пастушкова Л.Х., Гончарова А.Г., Каширина Д.Н., Ларина И.М., Ильин Е.А. Влияние гипобарической гипоксии на протеом плазмы крови здорового человека во время зимовки на антарктической станции «Восток» // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 4. С. 5–14. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202304-01

1. Strewe C., Moser D., Buchheim JI., Gunga HC., Stahn A., Crucian BE., Fiedel B., Bauer H., Gössmann-Lang P., Thieme D., Kohlberg E., Choukèr A., Feuerecker M. Sex differences in stress and immune responses during confinement in Antarctica. Biol Sex Differ. 2019 Apr 16;10(1):20. doi: 10.1186/s13293-019-0231-0
2. Johnsen BH, Brattebø G, Phillips TM, Gjeldnes R, Bartone PT, Monsen HN, Thayer JF. Crossing the Antarctica: Exploring the Effects of Appetite-Regulating Hormones and Indicators of Nutrition Status during a 93-Day Solo-Expedition. Nutrients. 2021 May 23;13(6):1777. doi: 10.3390/nu13061777
3. Arendt J. Biological rhythms during residence in polar regions. Chronobiol Int. 2012 May;29(4):379-94. doi: 10.3109/ 07420528.2012.668997
4. Ларина И.М., Гончарова А.Г., Пастушкова Л.Х., Каширина Д.Н., Чеботок А.Н., Кононихин А.С., Бржовский А.Г., Ильин Е.А. Особенности протеомной регуляции энергетического обмена во время годичной зимовки на антарктической станции «Восток» // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. Т. 12. № 5. С. 5–9. doi:10.18127/j15604136-202201-01
5. Suedfeld P, Weiss K. Antarctica natural laboratory and space analogue for psychological research. Environ Behav. 2000 Jan;32(1):7-17. doi: 10.1177/00139160021972405
6. Pagel JI, Choukèr A. Effects of isolation and confinement on humans-implications for manned space explorations. J Appl Physiol (1985). 2016 Jun 15;120(12):1449-57. doi: 10.1152/japplphysiol.00928.2015
7. Min M, Song T, Sun M, Wang T, Tan J, Zhang J. Dhh signaling pathway regulates reconstruction of seminiferous tubule-like structure. Reprod Biol. 2022 Dec;22(4):100684. doi: 10.1016/j.repbio.2022.100684. Epub 2022 Aug 17. PMID: 35987158
8. Wang G, Zhang Z, Xu Z, Yin H, Bai L, Ma Z, Decoster MA, Qian G, Wu G. Activation of the sonic hedgehog signaling controls human pulmonary arterial smooth muscle cell proliferation in response to hypoxia. Biochim Biophys Acta. 2010 Dec;1803(12):1359-67. doi: 10.1016/j.bbamcr.2010.09.002. Epub 2010 Sep 15. PMID: 20840857; PMCID: PMC2956789
9. Samaja M. Blood gas transport at high altitude. Respiration. 1997;64(6):422-8. doi: 10.1159/000196718
10. Caputo V, Pacilli MG, Arisi I, Mazza T, Brandi R, Traversa A, Casasanta G, Pisa E, Sonnessa M, Healey B, Moggio L, D'Onofrio M, Alleva E, Macrì S. Genomic and physiological resilience in extreme environments are associated with a secure attachment style. Transl Psychiatry. 2020 Jun 9;10(1):185. doi: 10.1038/s41398-020-00869-4
11. Arendt J, Middleton B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75°S). Gen Comp Endocrinol. 2018 Mar 1;258:250-258. doi: 10.1016/j.ygcen.2017.05.010
12. Steinach M, Kohlberg E, Maggioni MA, Mendt S, Opatz O, Stahn A, Tiedemann J, Gunga HC. Changes of 25-OH-Vitamin D during Overwintering at the German Antarctic Stations Neumayer II and III. PLoS One. 2015 Dec 7;10(12):e0144130. doi: 10.1371/journal.pone.0144130
13. Mairesse O, MacDonald-Nethercott E, Neu D, Tellez HF, Dessy E, Neyt X, Meeusen R, Pattyn N. Preparing for Mars: human sleep and performance during a 13 month stay in Antarctica. Sleep. 2019 Jan 1;42(1). doi: 10.1093/sleep/zsy206
14. Palinkas LA, Glogower F, Dembert M, Hansen K, Smullen R. Incidence of psychiatric disorders after extended residence in Antarctica. Int J Circumpolar Health. 2004 May;63(2):157-68. doi: 10.3402/ijch.v63i2.17702
15. Palinkas LA, Reedy KR, Shepanek M, Reeves D, Samuel Case H, Van Do N, Lester Reed H. A randomized placebo-controlled clinical trial of the effectiveness of thyroxine and triiodothyronine and short-term exposure to bright light in prevention of decrements in cognitive performance and mood during prolonged Antarctic residence. Clin Endocrinol (Oxf). 2010 Apr;72(4):543-50. doi: 10.1111/j.1365-2265.2009.03669
16. Strewe C, Thieme D, Dangoisse C, Fiedel B, van den Berg F, Bauer H, Salam AP, Gössmann-Lang P, Campolongo P, Moser D, Quintens R, Moreels M, Baatout S, Kohlberg E, Schelling G, Choukèr A, Feuerecker M. Modulations of Neuroendocrine Stress Responses During Confinement in Antarctica and the Role of Hypobaric Hypoxia. Front Physiol. 2018 Nov 26;9:1647. doi: 10.3389/fphys.2018.01647
17. Yadav AP, Mishra KP, Ganju L, Singh SB. Wintering in Antarctica: impact on immune response of Indian expeditioners. Neuroimmunomodulation. 2012;19(6):327-33. doi: 10.1159/000339512
18. Feuerecker M, Crucian B, Salam AP, Rybka A, Kaufmann I, Moreels M, Quintens R, Schelling G, Thiel M, Baatout S, Sams C, Choukèr A. Early adaption to the antarctic environment at dome C: consequences on stress-sensitive innate immune functions. High Alt Med Biol. 2014 Sep;15(3):341-8. doi: 10.1089/ham.2013.1128
19. Feuerecker M, Crucian BE, Quintens R, Buchheim JI, Salam AP, Rybka A, Moreels M, Strewe C, Stowe R, Mehta S, Schelling G, Thiel M, Baatout S, Sams C, Choukèr A. Immune sensitization during 1 year in the Antarctic high-altitude Concordia Environment. Allergy. 2019 Jan;74(1):64-77. doi: 10.1111/all.13545
20. Abramić M, Vitale L. Basic amino acids preferring broad specificity aminopeptidase from human erythrocytes. Biol Chem Hoppe Seyler. 1992 Jul;373(7):375-80. doi: 10.1515/bchm3.1992.373.2.375. PMID: 1515063
21. Hattersley J, Wilson AJ, Thake CD, Facer-Childs J, Stoten O, Imray C. Metabolic rate and substrate utilisation resilience in men undertaking polar expeditionary travel. PLoS One. 2019 Aug 15;14(8):e0221176. doi: 10.1371/journal.pone.0221176
22. Porcelli S, Marzorati M, Healey B, Terraneo L, Vezzoli A, Bella SD, Dicasillati R, Samaja M. Lack of acclimatization to chronic hypoxia in humans in the Antarctica. Sci Rep. 2017 Dec 22;7(1):18090. doi: 10.1038/s41598-017-18212-1
23. Yadav AP, Mishra KP, Ganju L, Singh SB. Wintering in Antarctica: impact on immune response of Indian expeditioners. Neuroimmunomodulation. 2012;19(6):327-33. doi: 10.1159/000339512
24. Guansong Wang, Zhiyuan Zhang, Zhi Xu, Hongjin Yin, Li Bai, Zhuang Ma, Mark A. De Coster, Guisheng Qian, Guangyu Wu. Activation of the sonic hedgehog signaling controls human pulmonary arterial smooth muscle cell proliferation in response to hypoxia. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research Volume 1803, Issue 12, December 2010, Pages 1359-1367.
25. Ming Min, Tao Song, Mengdi Sun, Tingting Wang, Jun Tan, Jidong Zhang. Dhh signaling pathway regulates reconstruction of semi­niferous tubule-like structure. Reproductive Biology. Volume 22, Issue 4, December 2022, 100684 doi.org/10.1016/ j.repbio.2022.100684
26. Бондаренко Н.Б., Батюшин М.М., Гасанов М.З., Сарвилина И.В., Голубева О.В. Убиквитин-независимая внутриклеточная деградация белка у пациентов с хронической болезнью почек 5Д стадии. Нефрология 2019; 23 (1): 73–78.
27. Hsu CH, Liou JY, Dutschman GE, Cheng YC. Mol Pharmacol. 2005 Mar;67(3):806-14. doi: 10.1124/mol.104.006098