ارتفاع بالا چگونه متابولیسم بدن را تغییر می دهد؟

یافته های جدید نشان می دهد که افراد ساکن در مناطقی با ارتفاع بالاتر از 4500 متر، کمتر به بیماری های متابولیسم مانند دیابت، بیماری عروق کرونر، هیپرکلسترولمی و چاقی، مبتلا می شوند.

به گزارش تکناک، اکنون محققان مؤسسه گلادستون علت این پدیده جالب را پیدا کرده اند. این محققان از طریق مطالعه خود نشان دادند که چگونه میزان پایین اکسیژن مزمن، مانند میزان اکسیژنی که در ارتفاع بالا مشاهده می شود، نحوه متابولیسم قندها و چربی ها را در بدن تغییر می دهد.

این یافته ها که در مجله Cell Metabolism منتشر شده است، نه تنها بینش های جدیدی را در مورد تفاوت های متابولیکی افراد ساکن ارتفاعات ارائه می دهد، بلکه راه را برای توسعه درمان های جدید بیماری های متابولیک هموار می کند.

دکتر ایشا جین، نویسنده ارشد این مطالعه می گوید: وقتی یک موجود زنده در معرض میزان پایین اکسیژن قرار بگیرد، ما متوجه شدیم که اندام های مختلف این موجود زنده، منابع سوخت و مسیرهای تولید انرژی خود را به روش های مختلف تغییر می دهند. امیدواریم این یافته‌ها به ما کمک کند تا مسیرهای متابولیسم را که ممکن است در خارج از محیط‌های کم اکسیژن نیز قابل استفاده باشند، شناسایی کنیم.

تقلید از زندگی در ارتفاعات بالا

در اطراف سطح دریا، یعنی جایی که یک سوم جمعیت جهان زندگی می کنند، اکسیژن حدود 21 درصد از هوای تنفسی را تشکیل می دهد. اما افرادی هستند که در ارتفاعات بالای 4500 متر(معادل ارتفاع قله هایی مانند کوه رینیر، کوه ویتنی و قله های مختلف در کلرادو و آلاسکا) زندگی می کنند. در آنجا اکسیژن تنها 11 درصد هوای تنفسی را تشکیل می دهد، این افراد می توانند با کمبود اکسیژن که به عنوان هیپوکسی شناخته می شود، سازگار شوند و زندگی کنند.

محققانی که تأثیر هیپوکسی را مطالعه می کنند، معمولاً تحقیقات خود را در سلول های جدا شده در آزمایشگاه یا درون تومورهای سرطانی که اغلب فاقد اکسیژن هستند، انجام می دهند. گروه تحقیقاتی جین می خواست نگاه دقیق تری به نحوه تأثیر هیپوکسی طولانی مدت بر اندام های بدن داشته باشند.

آیوش میدا، اولین نویسنده این مقاله می گوید: ما می‌خواستیم تغییرات متابولیکی را که با هیپوکسی موجب سازگاری اندام ها می شود، مشخص کنیم. ما فکر کردیم که این مسئله ممکن است بینشی در مورد نحوه این سازگاری در برابر بیماری های متابولیک ارائه دهد.

محققان در این تحقیق، موش‌های بالغ را در اتاقک‌های فشار حاوی 21 درصد، 11 درصد یا 8 درصد اکسیژن قرار دادند. این میزان اکسیژن ها، میزانی است که هم انسان و هم موش می‌توانند در آن زنده بمانند. در طی 3 هفته، محققان رفتار حیوانات را بررسی کردند، درجه حرارت، میزان دی اکسید کربن و گلوکز خون آنها را زیر نظر گرفتند و از اسکن توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) برای بررسی چگونگی مصرف مواد مغذی توسط اندام های مختلف آنها، استفاده کردند.

توزیع مجدد سوخت

در روزهای اول هیپوکسی، موش‌هایی که در 11 درصد یا 8 درصد اکسیژن زندگی می‌کردند، کمتر حرکت می‌کردند و ساعت‌هاب طولانی کاملاً بی تحرک بودند. در پایان هفته سوم، الگوهای حرکتی آنها به حالت عادی بازگشته بود. به طور مشابه، میزان دی اکسید کربن در خون که با تنفس سریع‌تر موش‌ها یا انسان‌ها برای دریافت اکسیژن بیشتر کاهش می‌یابد،  در این آزمایش هم ابتدا کاهش یافت اما در پایان 3 هفته به حالت طبیعی بازگشت.

با این حال به نظر می رسید که متابولیسم این حیوانات به طور دائمی توسط هیپوکسی تغییر کرده است. برای حیواناتی که در قفس های هیپوکسیک نگهداری می شدند، میزان گلوکز خون و وزن بدن، کاهش یافت و هیچ کدام به سطح قبل از هیپوکسیک بازنگشتند. به طور کلی، این تغییرات پایدار، منعکس کننده چیزی است که در انسان هایی که در ارتفاعات زندگی می کنند، دیده شده است.

هنگامی که محققان اسکن PET هر اندام را تجزیه و تحلیل کردند، تغییرات پایداری را نیز کشف کردند. برای متابولیسم اسیدهای چرب (ساختمان‌های چربی) و اسیدهای آمینه (آمینه‌های سازنده پروتئین)، بدن به میزان بالایی از اکسیژن نیاز دارد، در حالی که اکسیژن کمتری برای متابولیسم قند گلوکز مورد نیاز است. در این مطالعه نشان داده شد که هیپوکسی در بیشتر اندام‌ها، منجر به افزایش متابولیسم گلوکز شد که در حقیقت انتظار می‌رفت که این پاسخ به کمبود اکسیژن است. اما دانشمندان متوجه شدند که در چربی قهوه‌ای و ماهیچه‌های اسکلتی یعنی دو عضوی که قبلاً به دلیل دارا بودن میزان  بالای متابولیسم گلوکز شناخته شده‌اند، میزان مصرف گلوکز کاهش یافته است.

جین می گوید: قبل از این مطالعه، فرضیه در این زمینه، این بود که در شرایط کم اکسیژن، متابولیسم کل بدن در استفاده از اکسیژن کارآمدتر می شود، به این معنی که بدن، گلوکز بیشتر و اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه کمتری می سوزاند. ما نشان دادیم که برخی از اندام‌ها در واقع گلوکز بیشتری مصرف می‌کنند، اما برخی دیگر به جای آن، گلوکز را ذخیره می کنند.

اثرات پایدار هیپوکسی طولانی مدت که در موش ها مشاهده می شود، شامل کاهش وزن بدن و کاهش میزان گلوکز بود که هر دو با خطر کمتر ابتلا به بیماری ها در انسان از جمله بیماری های قلبی عروقی مرتبط هستند. درک اینکه چگونه هیپوکسی به این تغییرات کمک می کند می تواند منجر به گسترش داروهای جدیدی شود که این اثرات مفید را تقلید کنند.

ما در حال حاضر شاهد ورزشکارانی هستیم که برای بهبود عملکرد ورزشی خود در ارتفاعات تمرین می کنند. محققان در نهایت گفتند که شاید در آینده توصیه کنیم که مردم برای افزایش سلامتی خود، بیشتر در ارتفاعات وقت بگذرانند.

(زیرنویس عکس: تیمی از دانشمندان در مؤسسه گلادستون نشان دادند که چگونه میزان پایین اکسیژن در مدت طولانی تر، می تواند نحوه سوزاندن قند و چربی‌ را در موش‌ها تغییر می دهد.)