В течение длительного времени было замечено, что у людей, проживающих на больших высотах с пониженным содержанием кислорода, уровень заболеваемости диабетом ниже, чем у тех, кто живет на уровне моря. Несмотря на хорошо задокументированную статистику, биологические причины этого явления оставались неясными.

Недавние исследования показали, что при низком уровне кислорода эритроциты начинают интенсивнее поглощать глюкозу из кровотока. В таких условиях клетки функционируют как резервуары для сахара, что характерно для жителей высокогорных районов. В опубликованных в Cell Metabolism данных было продемонстрировано, что эритроциты способны изменять свой метаболизм при снижении кислорода, что способствует более эффективной доставке кислорода к тканям и одновременному снижению уровня сахара в крови. Это может объяснять уменьшение риска развития диабета на больших высотах.

В ходе экспериментов на мышах было установлено, что при воздействии воздуха с низким содержанием кислорода уровень глюкозы в крови резко снижался, а очищение крови от сахара после приема пищи происходило быстрее, что обычно связано с меньшим риском диабета. Однако при анализе основных органов не удалось определить, где именно используется глюкоза.

Используя методы визуализации, исследователи обнаружили, что эритроциты поглощают и используют значительное количество глюкозы из кровотока, что ранее не учитывалось, поскольку эти клетки традиционно рассматривались только как переносчики кислорода.

Дальнейшие эксперименты подтвердили, что при низком содержании кислорода у животных увеличивается количество эритроцитов, и каждая клетка поглощает больше глюкозы по сравнению с клетками, образовавшимися при нормальном уровне кислорода.

Для выяснения молекулярных механизмов этого процесса была проведена совместная работа с учеными, специализирующимися на биологии эритроцитов. Было установлено, что при нехватке кислорода эритроциты используют глюкозу для образования молекул, способствующих высвобождению кислорода в ткани, что особенно важно при дефиците кислорода.

Также было выявлено, что метаболические преимущества длительной гипоксии сохраняются у мышей в течение недель и месяцев после возвращения к нормальному уровню кислорода.

В ходе дальнейших исследований был протестирован препарат HypoxyStat, имитирующий воздействие низкого кислорода. Препарат, принимаемый в виде таблетки, усиливает связывание кислорода гемоглобином в эритроцитах, ограничивая его доставку к тканям. В моделях диабета у мышей HypoxyStat полностью устранил высокий уровень сахара в крови и превзошел существующие методы лечения.

Полученные результаты могут быть актуальны не только для диабета. Изменения в продукции и метаболизме эритроцитов способны влиять на доступность глюкозы и мышечную работоспособность, что важно для физиологии физических нагрузок и при патологической гипоксии после травм.

Исследования в этой области продолжаются, и предстоит выяснить, как организм адаптируется к изменениям уровня кислорода и каким образом эти механизмы могут быть использованы для терапии различных заболеваний.