他们在珠峰来去自如:夏尔巴人极限健康的秘密

  • A+
发布日期:2018年04月08日 所属分类:新知

据网易科技编译外媒文章,医学研究团队Xtreme Everest在地球上海拔最高、最缺氧的地方建立了一个实验室,以研究极限健康的秘密,他们的发现可以拯救世界上成千上万人的生命!

2007年5月23日,麦克·格罗科特教授(Mike Grocott)和他的登山队(由8名医学研究人员、2名拍摄纪录片的摄影师以及帮助携带设备和充当向导的15名夏尔巴人组成)在距离珠峰峰顶300米的地方,遇到了一个大问题。就在他们前面,一名来自其他登山团队的男子陷入了困境,他走路摇摇晃晃,几乎喘不过气来。他的身体已经缺氧,并促使大脑开始膨胀。

这名男子的同伴正使用双向无线电设备与山下营地里的医生联系,医生向他们保证这名男子会没事的。然而身为高空病专家的格罗科特却有不同的看法,他清楚地意识到那个人快要死了。格罗科特说:“这种情况经常发生。如果你是山上的医生,总会被要求去帮助别人。”随着光线开始减弱,温度下降,这个人的病情更加恶化。格罗科特团队的医科学生维贾伊·阿胡贾(Vijay Ahuja)坚持认为,他们应该提供帮助。

多年来,人们普遍认为低氧病人可以通过泵送氧气来帮助他们,但许多医生已经看到有些病人对过量氧气产生更大反应。

多年来,人们普遍认为低氧病人可以通过泵送氧气来帮助他们,但许多医生已经看到有些病人对过量氧气产生更大反应。

这个男子的同事承认出了问题,但是现在天已经黑了,他们无法把他带到安全的地方。认识到情况的严重性,格罗科特团队的医生丹·马丁(Dan Martin)开始提供治疗。马丁工作了一整夜,设法让病重的登山者活到天亮,那时其所在的队伍才能够把他送到山下。早晨,格罗科特等人准备攀登最后一站,却看到另一个陌生人(从山顶返回)在结冰的斜坡上倒下。格罗科特等人也帮助救助了他。

格罗科特教授表示:“患有高空病的人通常认为自己只是感觉不舒服,而不是缺氧造成了麻烦。他们总是会想:‘如果我能挺过去,一切都会好起来。’因为他们会失去洞察力,做出不合理的行为。而对我来说,问题在于,为什么有些人会受到这样的影响,而另一些人却没有?”

在山顶上,格罗科特和他的许多队员都有“醉醺醺”的感觉,稀薄的空气让他们疲惫不堪,即使将瓶装的氧气吹进他们的呼吸面具,他们也需要在迈出每一步的时候做15次深呼吸。然而,陪同他们登山的夏尔巴人却没有这样的问题。格罗科特说:“在如此高海拔地区看到他们是令人惊奇的,他们不需要额外的氧气就能完成所有的事情,而像我们这样的‘低地人’却要在没有氧气的情况下挣扎着生存,即使我们已经适应环境。如果没有这些夏尔巴人的帮助,我们不可能完成那次探险,也就不可能有后来的那些研究发现。”

那天上午稍晚些时候,他们到达了珠峰山顶。温度大约为零下25度,风速达到20节。研究人员想要在山顶采集血液样本,但由于条件的限制而被迫撤退。他们从峰顶向下走了400米,然后在那里采血。即使如此,他们的样本仍然是从健康人身上收集到的含氧量最低的人类血液,可与心脏骤停患者或服用鸦片剂过量的人相比。事实上,根据科学的说法,这些登山者实际上应该已经死了。

Xtreme Everest团队负责人麦克·格罗科特教授(Mike Grocott)。

Xtreme Everest团队负责人麦克·格罗科特教授(Mike Grocott)。

52岁的格罗科特穿着一件格子衬衫和卡其裤,身体瘦长,和蔼可亲。他曾是一名橄榄球运动员,也曾坐过办公室,但他在户外的时候最开心。他每周需要工作两天,分别担任南安普顿大学“重症监护病房”(ICU)的麻醉和危重病医学教授,以及在南安普顿大学医院担任危重病护理医学顾问。如果不是有喜马拉雅山地图和夏尔巴人的照片装饰,他在医院的办公室没有任何特别之处。

格罗科特也是Xtreme Everest组织的负责人,该组织致力于研究高海拔环境对人体的影响。这个由医生和科学家组成的团队已经建造了世界上最高的临时科学实验室,以测试他们在地球上最缺氧的地方的表现。对门外汉来说,这似乎是一种荒谬的兴趣,但实际上,它与我们在重症监护室中治疗病人的方式有关。

无论具体的医疗条件如何,将氧气输送给身体细胞,促进食物转化为能量,是绝大多数病人面临的根本问题。而在重症监护病房中,很少有氧气到达病人的重要器官,这是导致他们死亡的主要原因。因此,身体有效利用这种机制的人往往会存活下来,而效率低下的人(大约有25%的病人)则不然。同样的问题也会影响到来自低海拔地区的登山者:有些人受稀薄空气的影响相对较小,而另一些人则会经历大脑或肺部肿胀问题,它们有时候可能会致命。

极限健康与人类的氧气效率没有太大关系:Xtreme Everest已经把70岁的平民带到了峰顶,没有出现任何问题。但是,年轻的军事人员却不得不中途返回。这个问题受遗传因素影响,在过去10年里,Xtreme Everest始终在努力识别相关的特定基因,这反过来可能使科学家开发出能够模拟氧气高效生理机制的药物。在英国,每年约有32.5万人在重症监护病房中接受治疗,而他们有1/5的机会再也出不来。每年大约有8万英国人死于与氧有关的疾病。

格罗科特自1975年起就开始坚持登山,当时年仅9岁的他在曼彻斯特长大,他在儿童电视节目《Blue Peter》中看到户外登山爱好者克里斯·鲍宁顿(Chris Bonington)谈论攀登珠峰西南侧的经历。作为一名医生,格罗科特的大部分职业生涯都是在重症监护室中度过的。他说,这里的环境与登山运动有很多相似之处:两者都需要“仔细考虑风险,运用判断能力,仔细地制定和完成行动计划”。它们之所以吸引他,是因为他不喜欢冒险,以至于他喜欢把风险降到最低。

在20多岁的时候,格罗科特爬上了阿根廷的阿空加瓜山(Aconcagua),他看到一名实习麻醉师朋友为一名登山者诊断,后者出现高海拔脑水肿症状,他们把他带到了安全地方。自此之后,格罗科特开始利用登山作为医疗探索的手段。他说:“在那一刻,我真的明白了,身体在高海拔地区工作的生理机能和他们在重症监护室中的表现非常相似,极端的环境会让你了解到极端的生理机能。”

在山上,格罗科特曾看到过缺氧(低氧水平)作用于其他健康的身体上,所以它的作用可以被清楚地观察到。格罗科特想知道:有没有办法用登山经验来了解低氧对低地人的影响?1999年,格罗科特和他的同事凯文·冯(Kevin Fong)在伦敦大学学院医院建立了高度、空间和极端环境医学中心(CASE)。凯文在学医前曾研究天体物理学,他对人体在太空中的工作方式很感兴趣。

Xtreme Everest的研究发现,夏尔巴人比低地人更能有效地使用氧气。

Xtreme Everest的研究发现,夏尔巴人比低地人更能有效地使用氧气。

CASE成员信奉的一个关键信念是,人们在山上的不同反应表明,患者生存的决定性因素不是可用的氧气数量,而是取决于个体机体的反应方式。这是个激进的结论。多年来,人们普遍认为低氧病人可以通过泵送氧气来帮助他们,但许多医生已经看到有些病人对过量氧气产生更大反应。

很明显,人们处理氧气的方式不同。CASE科学家们想要对更多低氧人群进行测试,以比较他们的反应。问题是如何进行测试?在病房里,有原发性疾病的复杂因素影响。无论如何,病人往往不喜欢在濒死的情况下被研究。这让人们可以选择把健康的人送入高压氧舱内,但这是一种非常昂贵的方式。

在21世纪初,CASE成员的非正式谈话引发了科学家们对前往珠穆朗玛峰进行科学考察的推测。一开始这个主意听起来很疯狂,但他们聊得越多,就觉得越有意义。珠峰尼泊尔一侧的大本营海拔高度超过5000米,氧气含量大幅下降。但从南部出发,步行可以到达那里。因为很多人都想攀登珠峰,所以很容易就能招募到大群志愿者(比如200人),他们会愿意为自己的旅行买单,并提供供免费研究所需的时间。而珠峰的名字也会吸引赞助商的关注,他们可以帮助运送沉重、昂贵的实验室设备上山。

2004年,CASE开始了认真规划。该团队还组织了其他山脉探险,并系统地测试了所需设备。几个月后,他们雇了一辆屠夫的冷藏车,在低温下测试设备。旋转硬盘在薄而冷的环境中不起作用,所以他们使用松下的Toughbooks,取而代之的是由高端SD卡驱动的、运行经过简化Windows系统的SD卡。赞助商包括Phones 4U联合创始人约翰·考德威尔(John Caudwell),他们提供了250万美元资助,后来该项目以他的名字被命名。

格罗科特等人招募了60名科学家、医务人员和研究人员,还有198名公众成员。他们将徒步跋涉到大本营,在这个过程中使自己处于缺氧状态,并接受测试。对大多数成员来说,将会有60多次测试。在15次攀登到8850米高的高峰上后,他们将在那里建立一个实验室,并在历史上海拔最高的地方采集氧含量最低的血液样本。此举的目标是:找出那些身体能够应对氧含量下降的人和无法应对的人之间的关键区别。

并不是每个人都相信这个项目。2008年加入CASE的特护实习医生奈德·吉尔伯特-卡瓦伊(Ned Gilbert-Kawai)表示:“作为出于医学研究目登珠峰的首支探险队,很多批评人士认为这是在为攀登珠峰找借口。另一些人则认为这不是一种有效的方法,因为他们是在测试身体健康而不是身体不适的人。”

格罗科特说:“这些评论大多是在会议上发表的。你会被问到这样的问题,或者人们会说:‘你为什么不直接用高压氧舱?’”他对这些批评并不担心,并解释说:“我想当时我们是个年轻的团队,而且也没什么知名度,所以我们有理由问一下,这是不是一种不够经济的研究方法。这是一个可以理解的观点,但它也是错误的,答案是在高压氧舱的成本要贵得多。”

2007年初,物流团队从英国向加德满都空运了15万件货物,重量总计为27吨。有些设备被用于加德满都的实验室和夏尔巴人聚集区Namche Bazaar,这样旅行者们就可以在较低海拔的地方进行测试。其余的设备被直升机、夏尔巴搬运工和牦牛运送到海拔5300米高的大本营。营地本身是个岩石散布的崎岖高原,海拔比Namche Bazaar高600米。它被积雪覆盖的喜马拉雅山峰环绕着,里面有成千上万登山者所搭成的各色帐篷,每年有无数登山者来到这里。

在这个奇怪的聚集地,Xtreme Everest团队着手建造的不仅仅是一个实验室,而是一个由38台本田柴油发电机供电、97个帐篷组成的迷你小镇。其中大部分是基本住宿设施,但也有战地医院、餐饮设施、厨房、通讯中心和工作间。该实验室由7个绿色、双层的美国军用帐篷组成,每个帐篷大约2.5米高,内饰完全内衬并铺上地毯,由裸露的电灯泡照明。

外面,白天有太阳的强光照射,皑皑白雪也增强了视线,它们之间的彩旗给这个复杂的地方增添了一种喜庆的气氛。然而,在里面,它们是拥挤的,而且目的明确。桌上摆满了笔记本电脑和医疗箱,桌子四周摆放着椅子,人们坐在椅子上忙碌着。在附近,运动自行车被用来帮助志愿者的身体达到极限,悬挂在天花板上的是一些奇怪的电线和管子,等待着与被试者连接到自行车上。在测试中,医生和实验对象四处游荡,偶尔会打雪仗或踢足球,稀薄的空气中夹杂着发电机的烟雾和牛粪的火焰。

在3月份和6月份之间,208名志愿者在营地里接受了20项左右测试。在这个海拔高度,氧气的含量是海平面的53%,当志愿者们看到含有他们血液样本的注射器时,他们注意到自己身体产生的额外红细胞竟然呈现深紫色。还有60余种测试,有些只在少数人身上进行,因为它们有很强的侵入性(例如,测压测试,包括将直径约1厘米的塑料管插入鼻子、喉咙和胃中)。Xtreme Everest团队总共收集了17000个样本,并编制出有史以来最详细的、人体在高海拔地区的研究成果。

Xtreme Everest项目的大本营位:于尼泊尔珠峰南侧海拔5380米的地方。

Xtreme Everest项目的大本营位:于尼泊尔珠峰南侧海拔5380米的地方。

在这次考察之前,研究人员的假设是,由于微循环(从主要静脉和动脉的高速公路输送血液的B路通道)和被称为线粒体的身体细胞存在不同,有些人能够更好地应对低氧水平。当我们吃东西的时候,我们的消化系统会把食物分解成糖、氨基酸、脂肪酸和甘油分子。大多数分子进入单个细胞,在那里它们被称为线粒体的微小细胞器氧化,线粒体可从血液中吸收氧气。

氧化释放三磷酸腺苷(ATP),这种分子储存和携带能量到需要它的身体位元,我们可以把线粒体看作人体动力电池,ATP则是能量流。线粒体不能在没有氧气的情况下产生ATP,这就是为什么当缺氧时,你会在两分钟内身体青紫,再过两分钟后就会死亡。

测试结果证实了这个假设。随着样本的处理,Xtreme Everest成员开始发表论文,并在各种会议上发言,批评者们沉默了。现在没人能指责格罗科特的团队只是想爬山。然而,尽管研究结果让人有了进一步的理解,但它们并没有揭示出为什么人们的线粒体和微循环系统存在这种差异的原因。特护医生奈德·吉尔伯特-卡瓦伊说:“他们发现了很多不太重要的东西,但他们没有确定什么是重要的,什么能让有些人更好地应对高海拔环境。但它确实让我们缩小了观察范围。”

珠峰项目于2008年结束。但是,几个月过去了,研究小组讨论了更多关于数据的问题,格罗科特和其他人都认为,尽管他们已经提高了对人体氧气效率的理解,但仍有许多未解之谜。如果这与线粒体有关,那么是什么导致了不同的线粒体?他们认为,如果他们能对线粒体的某些作用加以研究,再加上已经知道的东西,那就太好了。但是谁的线粒体可以用于研究呢?

Xtreme Everest团队在珠峰大本营采集的夏尔巴人血液样本。

Xtreme Everest团队在珠峰大本营采集的夏尔巴人血液样本。

格罗科特认为,研究夏尔巴人的决定是一种顿悟,夏尔巴人的氧气利用效率使他们能够轻松攀登珠峰。Xtreme Everest团队在2007年之前就已经讨论过这种可能性,但仍有保留意见。格罗科特说:“我们有侵入性的程序,也需要得到受试者的同意。他们会明白我们在做什么吗?我们会从物质上获益吗?”

在2007年的探险中,当夏尔巴人携带数吨重的实验室设备时,格罗科特被他们与其他攀登者因缺氧而出现的症状进行对比。他回忆说:“在如此高海拔的地方看到他们真是太棒了。他们不需要额外的氧气就能完成整个任务,而像我们这样的低地人却无法生存。如果没有他们,我们不可能完成这次探险。”

然而,在2007年旅行之后,Xtreme Everest研究人员与夏尔巴人已经建立起深厚的友谊。更重要的是,格罗科特了解到,尼泊尔的医院正在慢慢地开发更多的重症监护设施,这意味着他可能会让夏尔巴人接受的生理学实验,将来会让他们或他们的孩子受益。2010年,格罗科特联系了他们曾经合作过的夏尔巴人,并解释了他们想要做的事情。他说:“他们完全同意了。”三年后,也就是2013年3月,他们被带上飞机,又到外面的世界做了同样的测试。

目前大约有15万夏尔巴人。他们用自己的语言把他们与尼泊尔东部联系起来,从基因上说,他们与其他尼泊尔族群完全不同,甚至不同于邻近的藏族和汉族人。夏尔巴人独特的基因组成部分是一种优越的线粒体功能,这不仅能让他们在没有氧气的情况下攀登喜马拉雅山,还能在山坡上放牧牛、羊、山羊和牦牛。

他们的文化因西方人对登山的热情而发生了深刻改变,尤其是自90年代以来,随着攀登珠峰的商业指导机构的激增,为夏尔巴人创造了更多(高度危险且往往收入不足)的工作,并增加了他们的知名度。2011年,陪同格罗克特参加2007年珠峰探险的明马·夏尔巴(Mingma Sherpa)成为第一个登上世界14座最高峰的南亚人,也是第一次攀登所有14座山峰的第一人。

凯·米切尔(Kay Mitchell)是Xtreme Everest团队成员,也是研究缺氧症状的专家。

凯·米切尔(Kay Mitchell)是Xtreme Everest团队成员,也是研究缺氧症状的专家。

在2010年发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究中,中国和美国的研究人员发现,夏尔巴人的基因可以让他们高效地处理氧气。2017年,来自加州大学伯克利分校的人口遗传学家拉斯姆斯·尼尔森(Rasmus Nielsen)发表了一项研究,分析了夏尔巴人可能遗传了他们基因组成的族群。

在2013年的研究中,Xtreme Everest又带上了150名英国徒步旅行者,但这次大本营是唯一的目的地。再一次,物流团队建造了一个复杂的设施和实验室。三架直升机、100名搬运工和250多头牦牛被用来把它们拖到加德满都、Namche Bazaar和靠近白色山峰的营地之间。这一次最大的不同是,夏尔巴人不仅携带了设备,而且他们也参加了测试。

格罗科特说:“夏尔巴搬运工的朋友和家人最终成为我们的新兵。我们向夏尔巴团队的一名成员解释,他则向其他族人解释,他们成为了旅程的一部分。他们问了许多非常聪明的问题,向我们证明他们已经充分理解。肌肉活组织检查是我们做的最具侵入性的事情。我们对他们这样做感到紧张,但他们对此并不介意。”

大约有50项测试是在徒步旅行者和夏尔巴人身上完成的,包括一项亚硝酸盐膳食补充剂的试验,该补充剂能提高氧气的效率。不过,在大多数情况下,这项工作是在2007年基础上进行的。研究线粒体功能的剑桥大学生理学家安德鲁·穆雷(Andrew Murray)在2007年和2013年参加了考察,他说:“我们测量了该领域的线粒体功能。”他们从志愿者的腿上取下肌肉组织切片,然后探查线粒体通道,看看他们使用了多少氧气。穆雷说:“这非常困难,世界上只有两个实验室能做到这一点。在高海拔实验室里,这就更难了。”

研究团队于2017年5月发表了他们的发现。与低地人相比,夏尔巴人不仅使用氧气制造ATP的效率更高,而且当低地人肌肉中的能量水平随着氧气减少而下降时,夏尔巴人的能量水平也在增加。穆雷称:“这是一个非同寻常的发现。他们像我们一样需要氧气,但在低氧环境下,他们产生的能量不仅比我们低地人更多,而且他们自身的能量比在海平面上还要多。换句话说,当他们爬到已经适应了几千年的环境中时,他们变得更健康了。让我兴奋的是,我们在这里见证了人类的进化。它发生在几千年的时间里,但这在人类的历史长河中显然很短,这与人类能力提高有关。”

关于这些发现还有很多未解的问题。例如,我们不知道更高的能量水平是否纯粹源自于更高的氧气效率,亦或是卓越的能量守恒发挥了作用,也可能是夏尔巴人的身体在需要的时候可以关闭某些功能。新陈代谢的生物学是高度复杂的,尽管穆雷的剑桥团队正专注于研究一个基因的作用,他们知道这个基因与夏尔巴人的新陈代谢适应有一定的关系。但是他们知道,这很可能会涉及到几个基因。下一步将是更多的测试,对低地人和夏尔巴人的生理进行比较。

制药公司目前正与穆雷直接合作,利用有关线粒体的新知识,筛选用于治疗缺氧的新药。新的理解意味着,他们可以更清晰、更有效地识别可能或不可能有用的东西。其次,Xtreme Everest团队已经做出了重大贡献,发现氧气过量和缺氧都是有害的。要了解对个人来说安全的氧气含量,以及在试图判断安全程度时寻找生化信号的方法扔有待研究,但目前许多关于Xtreme Everest的研究都集中在该领域。

剑桥大学的生理学家安德鲁·穆雷(Andrew Murray)曾在2007年和2013年参加Xtreme Everest的珠峰探险。

剑桥大学的生理学家安德鲁·穆雷(Andrew Murray)曾在2007年和2013年参加Xtreme Everest的珠峰探险。

在2017年早些时候,格罗科特和Xtreme Everest的小型登山队飞赴尼泊尔,纪念他们第一次探险10周年。和该组织的其他成员一样,格罗科特现在有了孩子,他和妻子、探险队员丹尼带着孩子们来到大本营。抵达后,他们前往加德满都参加尼泊尔医生和科学家会议。但是他此行的目的并不是参加会议,甚至也不是珠穆朗玛峰。从加德满都出发,他们去了Namche Bazaar,在充当社区中心的寺庙里等人约见。

从2007年起,等待他们的大多数向导是来自2013年的研究合作伙伴、村里的长者和数百名夏尔巴人。格罗科特和他的团队发表了一份关于他们2013年研究的报告,解释了测试的目的和结果。首先,他们解释了在夏尔巴人身上所做的测试,包括如何测量他们的能量和氧气水平。然后展示了这些能量和氧气水平如何与低地登山者相比较,以及夏尔巴人和低地人身体的不同工作方式。最后,说明了这些差异是如何解释身体能力差异的。

对格罗科特和他的团队来说,这是一种荣誉。在雇佣了夏尔巴人的服务之后,似乎没有人会感谢他们。然而,如果没有他们,他们就不可能完成任何工作。格罗科特称:“夏尔巴人喜欢这样的事实:他们的表现比我们好。他们早就知道了,但他们喜欢我们现在的测量方法。”

weinxin
致知微信公众号
扫描或长按识别二维码,订阅致知公众号。点击下方多彩标签,继续浏览你感兴趣的专题。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: