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内分泌,代谢性疾病
人类高原低氧适应的代谢特征
发布时间:2017-06-03 09:12 来源:弘皓电子科技 阅读:

  人类进入高原会产生适应低氧的反应,这种反应涉及一系列生化过程,但是这种生化反应产生的最早时间和离开高原环境后脱适应过程如何,过去的知识只来自动物实验,人类的情况是否如此并不了解。最近科学家利用代谢组学研究证明了这种代谢变化,发现人类进入5000米高原后几个小时内血液中就发生适应低氧的特征性改变,这种改变离开高原后持续1周仍然继续保持。

  Lauren Earthman正在读俄勒冈大学一年级,是一名1500米跑步运动员,最近她志愿参加了一个高原人体效应研究项目,本来认为这不过小菜一碟,但这个项目不是那么容易,在玻利维亚海拔5260米安第斯山脉,她从氧气设备汽车内爬出来。开始感觉不错,但是当她走几层楼梯后,开始吃不消。她没有想到如此困难。几周后,Earthman竟然能和另外20名受试者一起快速爬3.2千米的小山。他们一起参加的研究项目被成为AltitudeOmics(高原氧组学研究?),这项系列研究已经先后发表12篇研究论文。

  最新研究发现,短时间高原暴露能产生复杂的瀑布代谢效应,这些效应包括红细胞和血红蛋白增多,能让人适应低氧的能力增强。比较重要的是,只需要短时间高原暴露后返回平原,这种变化仍然可以持续数周甚至数月。这一研究应该是医学研究人员、徒步旅行者、滑雪和长跑运动员等共同感兴趣的内容。

  因大气重力的作用,越接近地球中心,气压越高,反之亦然。在海拔5260米高原上,这个高度接近喜马拉雅山在尼泊尔的营地,空气压只有53%大气压,意味着氧气分压也只有普通空气的53%(近一半)。科学家早就知道,人体能适应高原低氧环境。但没有经过高原适应的人很难立刻适应5260米高度,这会让人感觉呼吸困难,尤其是在运动过程,Earthman无法爬楼梯是典型的表现。

  科罗拉多大学高原研究中心主任首席研究员Robert Roach说,对高原适应的传统解释是,低氧环境使身体制造更多红细胞,可以为肌肉和其它重要器官提供更多氧气,这是50年来一直讲的故事。但是爬山运动员、背包客和高海拔地区周末勇士一直知道,这个故事不那么可靠。红细胞制造需要数周时间,但是普通人短短几天就可以实现高原适应。最新研究对初上高原者血液成分的分析发现,高原暴露一天就可以开始产生低氧适应性改变。这也是Earthman遇到的故事。为了研究进入高原后人体究竟发生了什么变化,Roach团队把Earthman等20名志愿者送到玻利维亚5421米的Chacaltaya山峰,这里是世界上最高的滑雪胜地。入驻这里第一天,Earthman和同伴们感觉良好。两周后,他们终于可以完成3.2公里登山运动。虽然Earthman认为这种运动只能算是徒步,但是她说是自己从没经历过多的困难。随后这些志愿者离开高原到平原,1到2周后重新返回山峰。有意思的是,这些志愿者身体似乎都记住自己曾经来过高山,让他们感觉比首次登山更加良好。他们能直接轻松完成3.2千米的爬山运动,而这种程度的运动对第一次登山者来说是巨大挑战。

  当科学家分析这些志愿者体内的血红蛋白水平,发现这些血红蛋白结合氧气的能力方面发生了多种变化,Roach将血红蛋白结合氧气比喻为棒球运动员放松手套,如果放松手指,球就会从手中脱落。适应低氧环境后,血红蛋白就像握紧的手。这种变化过去也在动物实验中发现,但是在人类的高原暴露中是首次被证实。最新研究本月在Journal of ProteomeResearch杂志上发表。《科学》杂志网址新闻报道了该研究。研究人员还发现,造成这种变化的代谢过程比过去想象地要复杂。红细胞可以持续生存120天,但研究中发现是细胞自身功能发生了改变,而不仅仅是细胞数量的变化。这种短时间高原暴露产生持续适应的现象过去也曾经见于美国陆军第10山地师的军人,他们二战期间在意大利赢得了名声。这些退伍老兵告诉Roach,多次登高似乎可以让身体保持良好的的适应性。另外发现,一些周末高原旅行者也存在类似的良好适应现象。

  其他科学家对这一研究也印象深刻。研究低氧诱导因子和氧气感受器的牛津大学著名学者Peter Ratcliffe说,最新发现对高原适应现象提供了新的见解。低氧不仅是心脏病、中风、癌症和贫血中的重要因素,也是创伤和失血的关键致病因素。如果能了解并设法提高血液携带氧气的能力,对治疗许多平时和战争时期的疾病都具有重要价值。当然这不仅对于疾病,对于预防高原病也有价值,例如到美国科罗拉多州旅游的人,每1/4的人会患高原病,因旅游者高原病导致该州每年减少收入达到3亿美元。理解身体如何适应高原低氧环境能帮助寻找更好的应对高原病的手段。当然这对太空旅游和航空飞行也同样具有价值。如果科学家可以弄清楚动物如熊、蝙蝠和小鼠在低氧环境下冬眠的能力,对解决人类太空旅行具有重要价值。

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