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为什么夏尔巴人有超强的体能

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为什么夏尔巴人有超强的体能

又到了每年攀登珠穆朗玛峰的季节,也是尼泊尔的夏尔巴人展示他们惊人体能的时候,在普通人需要氧气瓶才能正常呼吸的高海拔环境下,他们却能背负相当于自身体重的重物,还能尝试他人不敢想象的艰险路线。现在,通过D N A和血液、肌肉分析,科学家们终于揭开了夏尔巴人“超能”的秘密。

生活在喜马拉雅山麓的尼泊尔夏尔巴人具有惊人的登山能力,他们以非凡的速度、不断挑战艰难路线和其他登山技能而闻名。每年珠峰登山时节,外来游客都会为当地夏尔巴挑夫惊叹。根据《实验生物学杂志》上发表的最新调查,平均而言,夏尔巴挑夫背负的重物相当于自身体重的90%,其中1/4可以背负相当于自身体重125%的重物。

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还有一小部分甚至能够背负两倍于自身体重的货物。想象一下:一名体重125磅的男子背负150磅重的货物在缺氧的珠峰上行走,日复一日,年复一年。是什么让他们能够在稀薄的大气中维持令人羡慕的体能?最新研究发现,独特的生理特征使得夏尔巴人能够比其他生活在平原或低海拔地区的人更有效地利用氧气。这一发现最终可能帮助科学家找到应对身体组织缺氧的药物或疗法。

对比实验

人们早就发现夏尔巴人比外地游客更适应喜马拉雅山区的稀薄的氧气。我们大多数普通人进入高原缺氧环境后,身体会分泌一种叫“红细胞生成素”(E PO )的激素,刺激红细胞(红血球)的生产,增加血液中红细胞的数量,从而提高氧气携带能力,帮助将更多氧气运输给肌肉。但是红细胞的增多会导致血液变得浓稠,给心脏造成更大压力,间接导致高原反应。但是科学家感到不解的是,在高海拔地区,夏尔巴人的红细胞数量也会增加,但是增加数量远远少于低地居民,他们的血液浓度比生活在低海拔地区的人稀薄,血红蛋白数量更少,携带氧气更少,然而他们的体能却远超那些从低海拔地区来的游客(当然,另一方面,血液浓度低也有好处,可以确保血液流动更顺畅,减小对心脏的压力)。

“这说明重要的并非氧气的多少,关键在于如何利用它们,”参与最新研究的剑桥大学生理学教授安德鲁·默里(A ndrew M urray)说,“夏尔巴人具有卓越的体能,在喜马拉雅山的高峰上尤其明显,可见他们的生理机能必有不同寻常之处。”为了更好地揭示夏尔巴人非凡体能的秘密,2013年,默里和他的同事在珠峰大本营对10名研究人员(大多为欧洲人)和15位优秀夏尔巴人向导的身体指标进行比较。

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在研究开始前的几周内,所有志愿者都被禁止在高海拔地区活动。两组人分别从伦敦和加德满都乘飞机抵达海拔近2800米的卢卡拉(Lukla),然后他们被分配了相同的食物和给养,经过10天攀登抵达海拔近5300米的珠峰大本营。在此次登山之旅开始之前、其间和之后,研究人员抽取了每个志愿者的血液和肌肉样本。

研究人员詹姆斯·霍斯克罗夫特(Jam es H orscroft)说,虽然这是一次探索地球极端环境的难得机会,科学家们也承受巨大压力,“因为在环境恶劣的喜马拉雅山上,我们只有一次采集样本的机会。”除了血液样本,还包括从大腿抽取的肌肉。部分样本冷冻后被运回剑桥大学实验室等待进一步分析,余下部分就在珠峰大本营的临时实验室中接受检测。

“我们早晨7点就得开始工作,因为给一份样本做完所有测试就要花4个小时,”詹姆斯说,“那时的气温可能低于零下10摄氏度,我们必须穿着厚重的冬衣,戴上手套。等到接近中午时,气温已经上升至25摄氏度以上,我们又脱得只剩夏衣。”

氧代谢差异

研究人员在最新一期《美国国家科学院学报》上公布了他们的研究结果。测试显示,夏尔巴人的肌肉细胞线粒体(生产能量的部分)能够将更多氧气转换成能量。

“和对比组的西方人相比,夏尔巴人的线粒体工作效率更高,”默里说,“更擅长利用氧气。”此外,通过“缺氧代谢”的方式,夏尔巴人的身体在几乎不消耗氧气的情况下也能产生更多能量。

对新鲜肌肉样本的生物化学测试表明,夏尔巴人的肌肉组织能够限制脂肪燃烧,最大限度地消耗血糖,这使他们能够更有效地利用氧气。

默里教授说:“脂肪是一种高效燃料,但问题在于,它燃烧起来比血糖更消耗氧气。”

换而言之,通过优先燃烧身体血糖而非脂肪,夏尔巴人可以从吸入的等量氧气中获得更多热量。这一发现引起了伦敦大学国王学院的费德里科·弗曼蒂(FedericoForm enti)的浓厚兴趣。十年前,他也曾奔赴珠峰大本营,通过用呼吸感应器检测耗氧量,他发现夏尔巴人的氧气利用效率比低海拔地区居民要高30%,也就是说,吸入等量氧气的情况下他们能够产生比低地居民多30%的能量。“

“新的研究论文从细胞机理的角度解释了我们10年前的发现———夏尔巴人完成同样工作所需的氧气量比普通人少得多。”

詹姆斯·霍斯克罗夫特说,两个群体之间的差异相当明显。“很快我们的组织实验就显示两个群体之间的代谢差异。事实上,差距实在太大了,我一开始还以为测试出错了。”

“到了那里,你很快就会发现当地人,尤其是夏尔巴人在高海拔环境下如鱼得水,比我们其他人要适应得多,”默里说,最新研究进一步说明夏尔巴人的基因在其中发挥了重要作用。

回到剑桥大学后,现场测试的结果全部得到验证。研究人员还发现了导致两个群体脂肪-血糖代谢差异的基因变异。所有接受检测的夏尔巴人都携带着优先消耗血糖的代谢基因,而几乎所有低地志愿者都没有携带这个基因。

基因变异

夏尔巴人在尼泊尔人中是一个非常特殊的群体,弗曼蒂称他们为“喜马拉雅人中的法拉利”。他们大约在500年前从西藏迁徙至尼泊尔。早在6000年前,西藏高原上就已经有人居住,这段时间足以让有利于高原生存的基因变异产生并广为传播。

对于我们大多数人来说,平均海拔近4500米的青藏高原并非宜居之地。在海拔2500米的高度,氧气含量明显减少,很多低地居民将出现高原反应,症状包括头痛、食欲减少、失眠等。严重的情况下还可能导致致命的高原脑水肿或高原性肺水肿。

在高海拔地区,由于血压升高,还可能导致孕妇流产几率增加或出现其他并发症。因此,有利于适应缺氧环境的基因将迅速在高海拔地区居民中传播,使得夏尔巴人和其他高原民族能够更有效地利用氧气。

“当然,夏尔巴人的优势并非只源于基因。我们还发现,他们的血液在毛细血管中的循环更流畅;他们的毛细血管网络似乎更密集,更利于向组织运输氧气。但这个基因变异也赋予他们极大的优势。”

另一项最近的研究发现,帮助西藏人在高海拔地区生存的部分基因源于一个已经灭绝的人类群体“丹尼索瓦人”,虽然目前还没有证据显示新发现的变异代谢基因也包含在其中。

医疗应用

此前,科学家曾在高海拔居民身上发现有趣的基因变异,新的发现提供了更多的相关线索。加州大学专门研究高海拔环境遗传和生理适应性的塔图姆·西蒙森(Ta tu mSim onson)和同事在扫描西藏人的基因组后发现了几个可能和氧代谢有关的基因变异。

剑桥大学的团队发现,在低海拔地区,低地居民和夏尔巴人采用相同的代谢方式,说明进入高海拔环境后,变异基因才会发挥作用。当暴露在缺氧极限条件下,两组人的差异变得明显起来。

由于夏尔巴人在高海拔环境下繁衍了数千年,他们给人体应对缺氧的方式提供了线索。西蒙森说,少数低海拔居民也携带着和夏尔巴人相同的有利于提高氧气利用率的代谢基因,因此,类似研究最终将帮助解释为什么有一些人能够更好地应对环境和疾病(如心脏病、癌症、呼吸系统疾病)导致的缺氧。

在医院,多达25%的病人因缺氧死亡,即使能够幸存下来,也无法恢复之前的生活质量。传统治疗方法主要是增加供氧量,但这种方法往往没有作用,甚至可能造成危害。也许科学家能够研究一种药物疗法,模仿夏尔巴人高效的氧气代谢方式。

标题:为什么夏尔巴人有超强的体能

网址:http://www.whdfmlw.cn/jianshen/2018/05/11/95137.htm


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