Введение
Увеличение количества красных кровяных телец в кровотоке
Допинг кровью – это форма допинга, при которой повышается количество красных кровяных телец в кровотоке с целью улучшения спортивных результатов. Поскольку эти клетки переносят кислород от легких к мышцам, более высокая концентрация в крови может улучшить аэробные возможности спортсмена (максимальное потребление кислорода – VO2 max) и выносливость. Допинга крови можно достичь, стимулируя организм к самостоятельному производству большего количества красных кровяных телец с помощью лекарственных препаратов, путем переливания крови от другого человека или собственной крови, ранее забранной у спортсмена, либо с использованием заменителей крови. Многие методы допинга кровью являются незаконными, особенно в профессиональном спорте, где они рассматриваются как предоставление несправедливого преимущества. Антидопинговые организации используют различные тесты для выявления лиц, прибегавших к допингу кровью, как правило, путем анализа образцов крови спортсменов.
История
Допинг крови определяется как использование запрещенных препаратов (например, эритропоэтина (EPO), дарбепоэтина альфа, стабилизаторов фактора, индуцируемого гипоксией (HIF)) и методов (например, повышение аэробной способности путем максимального увеличения усвоения O2) с целью усиления транспорта O2 организмом к мышцам. Организм использует аэробное дыхание для обеспечения достаточной доставки O2 к работающим скелетным мышцам, и основные определяющие факторы показаны на рисунке 1. Скорость максимального потребления кислорода (O2max) зависит от сердечного выброса, извлечения кислорода и массы гемоглобина. Сердечный выброс спортсмена трудно изменить во время соревнований, а его распределение достигает максимального уровня (т.е. 80%) во время соревнований. Кроме того, извлечение O2 составляет около 90% при максимальной физической нагрузке. Следовательно, единственным оставшимся способом повышения физической работоспособности является увеличение содержания O2 в артерии за счет увеличения массы гемоглобина. Иными словами, концентрация гемоглобина и объем крови определяют массу гемоглобина. ЭПО также стимулирует ускоренное заживление ран. В силу своих физиологических побочных эффектов, в особенности повышения гематокрита, ЭПО стало препаратом, злоупотребление которым возможно среди профессиональных и любительских велосипедистов.
Стабилизатор, вызывающий гипоксию (HIF)
Стабилизатор индуктивного фактора гипоксии (стабилизатор HIF) — это фармацевтический препарат, используемый для лечения хронической болезни почек. Как и большинство факторов транскрипции, HIF-фактор транскрипции отвечает за экспрессию белка. Стабилизатор HIF активирует активность ЭПО при анемической гипоксии, метаболическом стрессе и васкулогенезе — образовании новых кровеносных сосудов. Стабилизаторы HIF, используемые велосипедистами в сочетании с хлоридом кобальта/десферриоксамином, стимулируют и нарушают естественную выработку гормона эритропоэтина. При физиологически низком PaO2 около 40 мм рт. ст. ЭПО высвобождается почками для увеличения транспорта гемоглобина. Комбинация препаратов постоянно высвобождает ЭПО за счет усиленной транскрипции на клеточном уровне. Эффект прекращается, когда стабилизаторы HIF, хлорид кобальта/десферриоксамин выводятся из организма и/или распадаются.
Мио-инозитолтриспирофосфат (ITPP)
Миоинозитолтриспирофосфат (ИТПП), также известный как соединение номер OXY111A, является аллостерическим эффектором гемоглобина, вызывающим смещение кривой диссоциации оксигемоглобина вправо, что увеличивает количество кислорода, высвобождаемого из эритроцитов в окружающие ткани при каждом прохождении через сердечно-сосудистую систему. ИТПП был объектом антидопинговых исследований как у людей, так и у скаковых лошадей.
Переливание крови
Переливание крови традиционно классифицируется как аутологичное, при котором донор и реципиент крови – одно и то же лицо, или как аллогенное/гомологичное, при котором кровь переливается другому человеку, не являющемуся донором. Переливание крови начинается с забора от 1 до 4 единиц крови (1 единица = 450 мл крови) за несколько недель до соревнований. Кровь центрифугируют, компоненты плазмы немедленно возвращают в кровоток, а форменные элементы, главным образом эритроциты, хранят в холодильнике при 4 °C или замораживают при −80 °C. Поскольку при хранении крови в холодильнике наблюдается постепенное снижение количества эритроцитов, значительный процент, до 40%, может оказаться нежизнеспособным. Замораживание, напротив, замедляет старение клеток, позволяя хранить кровь до 10 лет с потерей 10–15% эритроцитов. Затем хранящиеся эритроциты повторно вводят, обычно за 1–7 дней до соревнований на выносливость. Поскольку при каждом аутологичном переливании удаляется значительное количество железа, пациентам, сдающим кровь для аутологичного переливания, обычно требуется не менее 3 дней для восстановления после последнего донорства, а также прием соответствующих препаратов железа. Около 50% аутологичных донаций не используются донором и утилизируются, поскольку действующие стандарты не позволяют переливать эти единицы другим пациентам из соображений безопасности.
Заменители крови
Развитие биохимии и биотехнологии позволило разработать новые подходы к решению этой проблемы, в виде сконструированных переносчиков кислорода, широко известных как "заменители крови". Доступные в настоящее время заменители крови главным образом представляют собой полимеризованные растворы гемоглобина или кислородные носители на основе гемоглобина (HBOC) и перфторуглероды (PFC).
Нейроглицеральные кислородные носители на основе гемоглобина (HBOC)
Гемоглобинные кислородные носители – это интра/интермолекулярно модифицированные гемоглобины человека или животных, оптимизированные исключительно для доставки кислорода и более длительного внутрисосудистого кровообращения. Наличие 2,3-дифосфоглицерата в эритроцитах поддерживает нормальное сродство гемоглобина к кислороду. HBOC не содержат эритроцитов и теряют это взаимодействие, поэтому немодифицированные растворы HBOC человека обладают очень высоким сродством к кислороду, что ухудшает их функцию. Химические методы, разработанные для решения этой проблемы, позволили создать носители, эффективно высвобождающие кислород при физиологическом pO2 периферических тканей. Общей чертой всех HBOC является их устойчивость к диссоциации при растворении в среде, в отличие от естественной диссоциации гемоглобина в нефизиологических условиях. Гипотетически, HBOC могут обеспечить спортсменам больше преимуществ, чем эквивалентный гемоглобин при традиционной трансфузии эритроцитов. Недавние исследования показали, что HBOC – это не просто заменители эритроцитов, а высокоэффективные доноры кислорода для оксигенации тканей. Дополнительные эффекты включают повышение уровня железа, ферритина и ЭПО в сыворотке крови; увеличение диффузии кислорода до 20% и улучшение переносимости физических нагрузок; увеличение продукции CO2 и снижение образования молочной кислоты при анаэробной активности. В ходе клинических испытаний было показано, что HBOC чрезвычайно опасны для человека. Поскольку HBOC повышают как риск смерти, так и риск инфаркта миокарда, клинические испытания были прекращены. Они не доступны в продаже в США или Европе и не имеют одобренных показаний к применению.
Перфторуглероды (ПФУ)
ПФУ, также известные как фторуглероды, являются инертными, нерастворимыми в воде синтетическими соединениями, состоящими в основном из атомов углерода и фтора, связанных друг с другом прочными связями C–F. ПФУ представляют собой практически прозрачные и бесцветные жидкие эмульсии, неоднородные по молекулярной массе, площади поверхности, электронному заряду и вязкости; высокое содержание атомов фтора с высокой электронной плотностью приводит к незначительному внутримолекулярному взаимодействию и низкому поверхностному натяжению, что делает эти вещества отличными растворителями для газов, особенно кислорода и углекислого газа. При обычном атмосферном pO2 в 135 мм рт. ст. содержание кислорода в 900 мл/л перфторуглерода составляет менее 50 мл/л, в то время как оптимальное содержание кислорода в 160 мл/л, которое все еще ниже, чем в цельной крови в норме, может быть достигнуто только при pO2 более 500 мм рт. ст. На практике, при обычном альвеолярном pO2 в 135 мм рт. ст., ПФУ не смогут обеспечить достаточную оксигенацию периферических тканей. Благодаря своему небольшому размеру, ПФУ способны проникать в кровообращение там, где эритроциты могут не проходить. В мельчайших капиллярах ПФУ оказывают наибольший эффект, поскольку они увеличивают местную доставку кислорода гораздо эффективнее, чем можно было бы ожидать от увеличения содержания кислорода в крупных артериях. Кроме того, поскольку газы находятся в растворенном состоянии в ПФУ, pO2 способствует эффективной доставке кислорода в периферические ткани. С середины 1980-х годов улучшения как кислородной емкости, так и эмульсионных свойств ПФУ привели к разработке кислородных носителей второго поколения на основе ПФУ; в настоящее время два продукта ПФУ проходят клинические испытания фазы III.
Применение хлорида кобальта
Комплексы переходных металлов широко известны своей важной ролью в эритропоэзе; в связи с этим, неорганическое восполнение становится перспективной техникой допинга крови. Особенно следует отметить кобальтовый комплекс – кобаламин (витамин B12), который обычно используется в качестве диетической добавки. Кобаламин является важным комплексом, используемым в производстве красных кровяных телец, и поэтому представляет интерес для потенциального применения в допинге крови. Однако, экспериментальные данные показали, что кобаламин не оказывает влияния на эритропоэз в отсутствие дефицита красных кровяных телец и/или кислорода. Эти результаты, по-видимому, подтверждают уже известные сведения о функционировании кобаламина. Недавние экспериментальные данные подтвердили эффективность хлорида кобальта в допинге крови. В нормальных условиях при наличии O2, HIF дестабилизируются, поскольку остатки пролина и аспарагина гидроксилируются HIF α-гидроксилазами; эти нестабильные HIF впоследствии подвергаются деградации по пути убиквитин-протеосомы, и, следовательно, не могут связываться и активировать транскрипцию генов, кодирующих эритропоэтин (EPO). Проточная цитометрия способна обнаруживать незначительные различия в антигенах групп крови. Оценка позволила отличить кровь субъектов, ранее получивших хотя бы одну единицу аллогенной крови. Измеряя разницу в концентрации карбоксигемоглобина (HbCO) до и после повторного вдыхания, можно рассчитать объем CO и способность Hb связываться с CO (1,39 мл/г), а также общую массу Hb. Этот процесс обеспечивает отсутствие помех со стороны других белков (например, альбумина и иммуноглобулина) при разделении методом капиллярного электрофореза (CE) за счет предотвращения изменения ионизации. На втором этапе разделение CE проводится в определенных условиях, в данном случае с использованием фонового электролита, состоящего из формиата аммония (75 мМ при pH 9,5), для обеспечения достаточного разрешения между HBOC и Hb. Пределы обнаружения для CE UV/Vis при 415 нм и CE ESI TOF/MS составили 0,20 и 0,45 г/дл для плазмы соответственно.
Военное применение
Еще в 1947 году военные исследователи изучали способы повышения устойчивости летчиков-истребителей к гипоксии на большой высоте. В одном из таких исследований десяти мужчинам в исследовательском центре ВМС США переливали красные кровяные клетки, что приводило к увеличению кислородной емкости крови. В 1993 году командующие спецназа США в Форт-Брэгге начали экспериментировать с допингом крови, также известным как увеличение массы эритроцитов. Оперативники спецназа предоставляли две единицы цельной крови, из которой извлекали, концентрировали и хранили при низкой температуре красные кровяные клетки. За 24 часа до миссии или боя небольшое количество красных кровяных клеток возвращалось в организм солдата. Военные ученые полагают, что эта процедура повышает выносливость и концентрацию внимания солдат благодаря увеличению способности крови переносить кислород. В 1998 году Австралийские вооруженные силы одобрили применение этой техники для полка специального назначения. Крис Форбс Эван, ведущий специалист по питанию в Австралийской организации оборонных научных исследований и разработок, был процитирован со словами, что, в отличие от спорта, "в любви и войне все средства хороши". "Мы стремимся получить преимущество над любым потенциальным противником", – заявил Форбс Эван. В ходе этого исследования было отклонено более 50 препаратов и методов повышения эффективности. Шесть одобренных средств – это кофеин, эфедрин, энергетические напитки, модафинил, креатин и увеличение массы эритроцитов.
Заметные случаи допинга крови
Допинг крови начался в конце 1960-х годов, но был запрещен только в 1986 году. Пока это было законно, его часто использовали бегуны на средние и длинные дистанции. Первый известный случай допинга крови произошел на летних Олимпийских играх 1980 года в Москве, когда Каарло Маанинке перелили две пинты крови перед тем, как выиграть медали в беге на 5 и 10 километров, хотя в то время это не являлось нарушением правил. Велосипедист Йооп Зоетемелк признался, что ему делали переливание крови во время Тур де Франс 1976 года, где он занял второе место, хотя он утверждал, что это было сделано для лечения анемии, а не для повышения результатов. В том же году велосипедист Франческо Мозер использовал переливание крови для подготовки к успешной попытке побить часовой рекорд. "Допинг крови" был запрещен Международным олимпийским комитетом (МОК) в 1985 году, хотя в то время не существовало тестов для его обнаружения. 24 июля 2007 года в различных новостных сообщениях сообщалось, что у гонщика "Астана" Александра Винокурова, участвовавшего в Тур де Франс, обнаружены две различные популяции клеток крови, что указывает на гомологичное переливание. Винокуров был протестирован после победы на 13-м этапе гонки 21 июля 2007 года. Допинг-тест не считается положительным, пока не будет проанализирован второй образец для подтверждения первого. Анализ образца B Винокурова также дал положительный результат, и ему грозит возможное отстранение на два года и штраф в размере годовой зарплаты. Он также дал положительный результат после 15-го этапа. Командник Винокурова, Андрей Кашечкин, также был обнаружен с признаками гомологичного допинга крови 1 августа 2007 года, всего через несколько дней после завершения Тур де Франс 2007 года (гонка, омраченная допинговыми скандалами). Его команда снялась с гонки после того, как стало известно о допинге Винокурова. По данным российских следователей, 19-летний перспективный хоккеист "Нью-Йорк Рейнджерс" Алексей Черепанов в течение нескольких месяцев использовал допинг крови перед смертью 13 октября 2008 года, вызванной коллапсом на скамейке запасных во время игры в России. У него также был миокардит. Немецкая конькобежка и пятикратная олимпийская чемпионка Клаудия Пехштейн была дисквалифицирована на два года в 2009 году за предполагаемый допинг крови, основанный на ненормальном уровне ретикулоцитов в ее крови и предположении, что этот уровень всегда был самым высоким во время соревнований. Ее средний показатель ретикулоцитов за десять лет, с 2000 по 2009 год, составлял 2,1% во время крупных соревнований, таких как Олимпийские игры и чемпионаты мира. На гонках Кубка мира средний показатель ретикулоцитов составлял 1,9%, а во время тренировочных периодов – 2,0%. Спортивный арбитражный суд подтвердил запрет в ноябре 2009 года, заявив: "после того, как возможность заболевания крови была безопасно исключена". В сентябре 2010 года Федеральный верховный суд Швейцарии отклонил апелляцию спортсменки, заявив, что наследственная аномалия крови Пехштейн была известна ранее ("die vererbte Blutanomalie bekannt gewesen sei"). 20 мая 2011 года Тайлер Хэмилтон вернул свою олимпийскую золотую медаль 2004 года в Агентство США по борьбе с допингом (USADA) после признания в употреблении допинга в интервью телеканалу 60 Minutes. 23 августа 2012 года Лэнса Армстронга лишили семи титулов на Тур де Франс и пожизненно отстранили от велоспорта после отчета Агентства США по борьбе с допингом (USADA), обвинившего его в руководстве допинговой программой на протяжении всей его карьеры. Позже он признался в употреблении запрещенных веществ, включая допинг крови с переливаниями и ЭПО, в интервью Опре Уинфри 17 января 2013 года. В июне 2014 года боец UFC Чейл Соннен дал положительный результат на ЭПО. Месяц спустя другой боец UFC, Али Багаутинов, также дал положительный результат на ЭПО. В феврале 2018 года у бахрейнской бегуньи Рут Джебет, рекордсменки мира в беге с препятствиями на 3000 метров, был обнаружен ЭПО, и 4 марта она была отстранена от соревнований на 4 года.
Побочные эффекты
Простое увеличение количества красных кровяных телец в крови может быть связано с синдромом гипервязкости, который характеризуется повышенной вязкостью крови, снижением сердечного выброса и скорости кровотока, что приводит к уменьшению доставки кислорода к периферическим тканям. Например, передозировка ЭПО может привести к сгущению крови, превращая ее в густую, забивающую артерии массу. Это повышает риск сердечного приступа, инсульта, флебита и тромбоэмболии легочной артерии, что наблюдалось в случаях, когда в кровоток возвращается слишком большой объем крови. Поскольку допинг кровью увеличивает объем красных кровяных телец, он фактически вызывает состояние, называемое полицитемией – заболевание крови, которое имеет известные неблагоприятные последствия, такие как сердечный приступ или инсульт. Загрязнение крови в процессе подготовки или хранения – еще одна проблема. В 2002 году загрязнение было выявлено в 1 случае на 500 000 переливаний эритроцитарной массы. Загрязнение крови может привести к сепсису или инфекции, поражающей весь организм. Некоторые препараты, используемые для увеличения количества красных кровяных телец, могут снижать функцию печени и приводить к печеночной недостаточности, проблемам с гипофизом и повышению уровня холестерина.