吸少的氧還能在珠峰來去自如：夏爾巴人之謎有望得到科學解釋

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醫(yī)學研究團隊Xtreme Everest在地球[color=rgb(88, 88, 88) !important]上海拔最高、最缺氧的地方建立了一個實驗室，以研究極限健康的秘密，他們的發(fā)現(xiàn)可以拯救世界上成千上萬人的生命！

2007年5月23日，麥克·格羅科特教授（Mike Grocott）和他的[color=rgb(88, 88, 88) !important]登山隊（由8名醫(yī)學研究人員、2名拍攝紀錄片的[color=rgb(88, 88, 88) !important]攝影師以及幫助攜帶設備和充當向導的15名夏爾巴人組成）在距離[color=rgb(88, 88, 88) !important]珠峰峰頂300米的地方，遇到了一個大問題。就在他們前面，一名來自其他登山團隊的男子陷入了困境，他走路搖搖晃晃，幾乎喘不過氣來。他的身體已經缺氧，并促使大腦開始膨脹。
這名男子的同伴正使用雙向無線電設備與山下營地里的醫(yī)生聯(lián)系，醫(yī)生向他們保證這名男子會沒事的。然而身為高空病專家的格羅科特卻有不同的看法，他清楚地意識到那個人快要死了。格羅科特說：“這種情況經常發(fā)生。如果你是山上的醫(yī)生，總會被要求去幫助別人。”隨著光線開始減弱，溫度下降，這個人的病情更加惡化。格羅科特團隊的醫(yī)科學生維賈伊·阿胡賈（Vijay Ahuja）堅持認為，他們應該提供幫助。
這個男子的同事承認出了問題，但是現(xiàn)在天已經黑了，他們無法把他帶到安全的地方。認識到情況的嚴重性，格羅科特團隊的醫(yī)生丹·馬?。―an Martin）開始提供治療。馬丁工作了一整夜，設法讓病重的登山者活到天亮，那時其所在的隊伍才能夠把他送到山下。早晨，格羅科特等人準備攀登最后一站，卻看到另一個陌生人（從山頂返回）在結冰的斜坡上倒下。格羅科特等人也幫助救助了他。
格羅科特教授表示：“患有高空病的人通常認為自己只是感覺不舒服，而不是缺氧造成了麻煩。他們總是會想：‘如果我能挺過去，一切都會好起來?！驗樗麄儠ザ床炝Γ龀霾缓侠淼男袨?。而對我來說，問題在于，為什么有些人會受到這樣的影響，而另一些人卻沒有?”
在山頂上，格羅科特和他的許多隊員都有“醉醺醺”的感覺，稀薄的空氣讓他們疲憊不堪，即使將瓶裝的氧氣吹進他們的呼吸面具，他們也需要在邁出每一步的時候做15次深呼吸。然而，陪同他們登山的夏爾巴人卻沒有這樣的問題。格羅科特說：“在如此高海拔地區(qū)看到他們是令人驚奇的，他們不需要額外的氧氣就能完成所有的事情，而像我們這樣的‘低地人’卻要在沒有氧氣的情況下掙扎著生存，即使我們已經適應環(huán)境。如果沒有這些夏爾巴人的幫助，我們不可能完成那次探險，也就不可能有后來的那些研究發(fā)現(xiàn)?！?/font>

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那天上午稍晚些時候，他們到達了珠峰山頂。溫度大約為零下25度，風速達到20節(jié)。研究人員想要在山頂采集血液樣本，但由于條件的限制而被迫撤退。他們從峰頂向下走了400米，然后在那里采血。即使如此，他們的樣本仍然是從健康人身上收集到的含氧量最低的人類血液，可與心臟驟?；颊呋蚍螟f片劑過量的人相比。事實上，根據科學的說法，這些登山者實際上應該已經死了。

圖2：Xtreme Everest團隊負責人麥克·格羅科特教授（Mike Grocott）
52歲的格羅科特穿著一件格子襯衫和卡其褲，身體瘦長，和藹可親。他曾是一名橄欖球運動員，也曾坐過辦公室，但他在[color=rgb(88, 88, 88) !important]戶外的時候最開心。他每周需要工作兩天，分別擔任南安普頓大學“重癥監(jiān)護病房”（ICU）的麻醉和危重病醫(yī)學教授，以及在南安普頓大學醫(yī)院擔任危重病護理醫(yī)學顧問。如果不是有喜馬拉雅山[color=rgb(88, 88, 88) !important]地圖和夏爾巴人的照片裝飾，他在醫(yī)院的辦公室沒有任何特別之處。

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格羅科特也是Xtreme Everest組織的負責人，該組織致力于研究高海拔環(huán)境對人體的影響。這個由醫(yī)生和科學家組成的團隊已經建造了世界上最高的臨時科學實驗室，以測試他們在地球上最缺氧的地方的表現(xiàn)。對門外漢來說，這似乎是一種荒謬的興趣，但實際上，它與我們在重癥監(jiān)護室中治療病人的方式有關。
無論具體的醫(yī)療條件如何，將氧氣輸送給身體細胞，促進食物轉化為能量，是絕大多數(shù)病人面臨的根本問題。而在重癥監(jiān)護病房中，很少有氧氣到達病人的重要器官，這是導致他們死亡的主要原因。因此，身體有效利用這種機制的人往往會存活下來，而效率低下的人（大約有25%的病人）則不然。同樣的問題也會影響到來自低海拔地區(qū)的登山者：有些人受稀薄空氣的影響相對較小，而另一些人則會經歷大腦或肺部腫脹問題，它們有時候可能會致命。
極限健康與人類的氧氣效率沒有太大關系：Xtreme Everest已經把70歲的平民帶到了峰頂，沒有出現(xiàn)任何問題。但是，年輕的軍事人員卻不得不中途返回。這個問題受遺傳因素影響，在過去10年里，Xtreme Everest始終在努力識別相關的特定基因，這反過來可能使科學家開發(fā)出能夠模擬氧氣高效生理機制的藥物。在英國，每年約有32.5萬人在重癥監(jiān)護病房中接受治療，而他們有1/5的機會再也出不來。每年大約有8萬英國人死于與氧有關的疾病。

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格羅科特自1975年起就開始堅持登山，當時年僅9歲的他在曼徹斯特長大，他在兒童電視節(jié)目《Blue Peter》中看到戶外登山愛好者克里斯·鮑寧頓（Chris Bonington）談論攀登珠峰西南側的經歷。作為一名醫(yī)生，格羅科特的大部分職業(yè)生涯都是在重癥監(jiān)護室中度過的。他說，這里的環(huán)境與登山運動有很多相似之處：兩者都需要“仔細考慮風險，運用判斷能力，仔細地制定和完成行動計劃”。它們之所以吸引他，是因為他不喜歡冒險，以至于他喜歡把風險降到最低。
在20多歲的時候，格羅科特爬上了阿根廷的阿空加瓜山(Aconcagua)，他看到一名實習麻醉師朋友為一名登山者診斷，后者出現(xiàn)高海拔腦水腫癥狀，他們把他帶到了安全地方。自此之后，格羅科特開始利用登山作為醫(yī)療探索的手段。他說:“在那一刻，我真的明白了，身體在高海拔地區(qū)工作的生理機能和他們在重癥監(jiān)護室中的表現(xiàn)非常相似，極端的環(huán)境會讓你了解到極端的生理機能?！?

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在山上，格羅科特曾看到過缺氧(低氧水平)作用于其他健康的身體上，所以它的作用可以被清楚地觀察到。格羅科特想知道：有沒有辦法用登山經驗來了解低氧對低地人的影響？1999年，格羅科特和他的同事凱文·馮（Kevin Fong）在倫敦大學學院醫(yī)院建立了高度、空間和極端環(huán)境醫(yī)學中心(CASE)。凱文在學醫(yī)前曾研究天體物理學，他對人體在太空中的工作方式很感興趣。

圖3：Xtreme Everest的研究發(fā)現(xiàn)，夏爾巴人比低地人更能有效地使用氧氣
CASE成員信奉的一個關鍵信念是，人們在山上的不同反應表明，患者生存的決定性因素不是可用的氧氣數(shù)量，而是取決于個體機體的反應方式。這是個激進的結論。多年來，人們普遍認為低氧病人可以通過泵送氧氣來幫助他們，但許多醫(yī)生已經看到有些病人對過量氧氣產生更大反應。
很明顯，人們處理氧氣的方式不同。CASE科學家們想要對更多低氧人群進行測試，以比較他們的反應。問題是如何進行測試？在病房里，有原發(fā)性疾病的復雜因素影響。無論如何，病人往往不喜歡在瀕死的情況下被研究。這讓人們可以選擇把健康的人送入高壓氧艙內，但這是一種非常昂貴的方式。
在21世紀初，CASE成員的非正式談話引發(fā)了科學家們對前往珠穆朗瑪峰進行科學考察的推測。一開始這個主意聽起來很瘋狂，但他們聊得越多，就覺得越有意義。珠峰[color=rgb(88, 88, 88) !important]尼泊爾一側的大本營海拔高度超過5000米，氧氣含量大幅下降。但從南部出發(fā)，步行可以到達那里。因為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），他們會愿意為自己的[color=rgb(88, 88, 88) !important]旅行買單，并提供供免費研究所需的時間。而珠峰的名字也會吸引贊助商的關注，他們可以幫助運送沉重、昂貴的實驗室設備上山。
2004年，CASE開始了認真規(guī)劃。該團隊還組織了其他山脈探險，并系統(tǒng)地測試了所需設備。幾個月后，他們雇了一輛屠夫的冷藏車，在低溫下測試設備。旋轉硬盤在薄而冷的環(huán)境中不起作用，所以他們使用松下的Toughbooks，取而代之的是由高端SD卡驅動的、運行經過簡化Windows系統(tǒng)的SD卡。贊助商包括Phones 4U聯(lián)合創(chuàng)始人約翰·考德威爾(John Caudwell)，他們提供了250萬美元資助，后來該項目以他的名字被命名。
格羅科特等人招募了60名科學家、醫(yī)務人員和研究人員，還有198名公眾成員。他們將[color=rgb(88, 88, 88) !important]徒步跋涉到大本營，在這個過程中使自己處于缺氧狀態(tài)，并接受測試。對大多數(shù)成員來說，將會有60多次測試。在15次攀登到8850米高的高峰上后，他們將在那里建立一個實驗室，并在歷史上海拔最高的地方采集氧含量最低的血液樣本。此舉的目標是：找出那些身體能夠應對氧含量下降的人和無法應對的人之間的關鍵區(qū)別。
并不是每個人都相信這個項目。2008年加入CASE的特護實習醫(yī)生奈德·吉爾伯特-卡瓦伊(Ned Gilbert-Kawai)表示：“作為出于醫(yī)學研究目登珠峰的首支探險隊，很多批評人士認為這是在為攀登珠峰找借口。另一些人則認為這不是一種有效的方法，因為他們是在測試身體健康而不是身體不適的人?！?/font>

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格羅科特說：“這些評論大多是在會議上發(fā)表的。你會被問到這樣的問題，或者人們會說：‘你為什么不直接用高壓氧艙？’”他對這些批評并不擔心，并解釋說：“我想當時我們是個年輕的團隊，而且也沒什么知名度，所以我們有理由問一下，這是不是一種不夠經濟的研究方法。這是一個可以理解的觀點，但它也是錯誤的，答案是在高壓氧艙的成本要貴得多?！?br /> 2007年初，物流團隊從英國向加德滿都空運了15萬件貨物，重量總計為27噸。有些設備被用于加德滿都的實驗室和夏爾巴人聚集區(qū)Namche Bazaar，這樣旅行者們就可以在較低海拔的地方進行測試。其余的設備被直升機、夏爾巴搬運工和牦牛運送到海拔5300米高的大本營。營地本身是個巖石散布的崎嶇高原，海拔比Namche Bazaar高600米。它被積雪覆蓋的喜馬拉雅山峰環(huán)繞著，里面有成千上萬登山者所搭成的各色帳篷，每年有無數(shù)登山者來到這里。

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在這個奇怪的聚集地，Xtreme Everest團隊著手建造的不僅僅是一個實驗室，而是一個由38臺本田柴油發(fā)電機供電、97個帳篷組成的迷你小鎮(zhèn)。其中大部分是基本住宿設施，但也有戰(zhàn)地醫(yī)院、餐飲設施、廚房、通訊中心和工作間。該實驗室由7個綠色、雙層的美國軍用帳篷組成，每個帳篷大約2.5米高，內飾完全內襯并鋪上地毯，由裸露的電燈泡照明。
外面，白天有太陽的強光照射，皚皚白雪也增強了視線，它們之間的彩旗給這個復雜的地方增添了一種喜慶的氣氛。然而，在里面，它們是擁擠的，而且目的明確。桌上擺滿了筆記本電腦和醫(yī)療箱，桌子四周擺放著椅子，人們坐在椅子上忙碌著。在附近，運動自行車被用來幫助志愿者的身體達到極限，懸掛在天花板上的是一些奇怪的電線和管子，等待著與被試者連接到自行車上。在測試中，醫(yī)生和實驗對象四處游蕩，偶爾會打雪仗或踢足球，稀薄的空氣中夾雜著發(fā)電機的煙霧和牛糞的火焰。

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在3月份和6月份之間，208名志愿者在營地里接受了20項左右測試。在這個海拔高度，氧氣的含量是海平面的53%，當志愿者們看到含有他們血液樣本的注射器時，他們注意到自己身體產生的額外紅細胞竟然呈現(xiàn)深紫色。還有60余種測試，有些只在少數(shù)人身上進行，因為它們有很強的侵入性(例如，測壓測試，包括將直徑約1厘米的塑料管插入鼻子、喉嚨和胃中)。Xtreme Everest團隊總共收集了17000個樣本，并編制出有史以來最詳細的、人體在高海拔地區(qū)的研究成果。

圖4：Xtreme Everest項目的大本營位:于尼泊爾珠峰南側海拔5380米的地方。
在這次考察之前，研究人員的假設是，由于微循環(huán)(從主要靜脈和動脈的高速公路輸送血液的B路通道)和被稱為線粒體的身體細胞存在不同，有些人能夠更好地應對低氧水平。當我們吃東西的時候，我們的消化系統(tǒng)會把食物分解成糖、氨基酸、脂肪酸和甘油分子。大多數(shù)分子進入單個細胞，在那里它們被稱為線粒體的微小細胞器氧化，線粒體可從血液中吸收氧氣。

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氧化釋放三磷酸腺苷(ATP)，這種分子儲存和攜帶能量到需要它的身體位元，我們可以把線粒體看作人體動力電池，ATP則是能量流。線粒體不能在沒有氧氣的情況下產生ATP，這就是為什么當缺氧時，你會在兩分鐘內身體青紫，再過兩分鐘后就會死亡。
測試結果證實了這個假設。隨著樣本的處理，Xtreme Everest成員開始發(fā)表論文，并在各種會議上發(fā)言，批評者們沉默了?，F(xiàn)在沒人能指責格羅科特的團隊只是想爬山。然而，盡管研究結果讓人有了進一步的理解，但它們并沒有揭示出為什么人們的線粒體和微循環(huán)系統(tǒng)存在這種差異的原因。特護醫(yī)生奈德·吉爾伯特-卡瓦伊說：“他們發(fā)現(xiàn)了很多不太重要的東西，但他們沒有確定什么是重要的，什么能讓有些人更好地應對高海拔環(huán)境。但它確實讓我們縮小了觀察范圍?！?

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珠峰項目于2008年結束。但是，幾個月過去了，研究小組討論了更多關于數(shù)據的問題，格羅科特和其他人都認為，盡管他們已經提高了對人體氧氣效率的理解，但仍有許多未解之謎。如果這與線粒體有關，那么是什么導致了不同的線粒體？他們認為，如果他們能對線粒體的某些作用加以研究，再加上已經知道的東西，那就太好了。但是誰的線粒體可以用于研究呢？

圖5：Xtreme Everest團隊在珠峰大本營采集的夏爾巴人血液樣本
格羅科特認為，研究夏爾巴人的決定是一種頓悟，夏爾巴人的氧氣利用效率使他們能夠輕松攀登珠峰。Xtreme Everest團隊在2007年之前就已經討論過這種可能性，但仍有保留意見。格羅科特說：“我們有侵入性的程序，也需要得到受試者的同意。他們會明白我們在做什么嗎？我們會從物質上獲益嗎？”

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在2007年的探險中，當夏爾巴人攜帶數(shù)噸重的實驗室設備時，格羅科特被他們與其他攀登者因缺氧而出現(xiàn)的癥狀進行對比。他回憶說:“在如此高海拔的地方看到他們真是太棒了。他們不需要額外的氧氣就能完成整個任務，而像我們這樣的低地人卻無法生存。如果沒有他們，我們不可能完成這次探險。”
然而，在2007年旅行之后，Xtreme Everest研究人員與夏爾巴人已經建立起深厚的友誼。更重要的是，格羅科特了解到，尼泊爾的醫(yī)院正在慢慢地開發(fā)更多的重癥監(jiān)護設施，這意味著他可能會讓夏爾巴人接受的生理學實驗，將來會讓他們或他們的孩子受益。2010年，格羅科特聯(lián)系了他們曾經合作過的夏爾巴人，并解釋了他們想要做的事情。他說：“他們完全同意了?！比旰?，也就是2013年3月，他們被帶上飛機，又到外面的世界做了同樣的測試。

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目前大約有15萬夏爾巴人。他們用自己的語言把他們與尼泊爾東部聯(lián)系起來，從基因上說，他們與其他尼泊爾族群完全不同，甚至不同于鄰近的藏族和漢族人。夏爾巴人獨特的基因組成部分是一種優(yōu)越的線粒體功能，這不僅能讓他們在沒有氧氣的情況下攀登喜馬拉雅山，還能在山坡上放牧牛、羊、山羊和牦牛。
他們的文化因西方人對登山的熱情而發(fā)生了深刻改變，尤其是自90年代以來，隨著攀登珠峰的商業(yè)指導機構的激增，為夏爾巴人創(chuàng)造了更多(高度危險且往往收入不足)的工作，并增加了他們的知名度。2011年，陪同格羅克特參加2007年珠峰探險的明馬·夏爾巴(Mingma Sherpa)成為第一個登上世界14座最高峰的南亞人，也是第一次攀登所有14座山峰的第一人。

圖6：凱·米切爾（Kay Mitchell）是Xtreme Everest團隊成員，也是研究缺氧癥狀的專家
在2010年發(fā)表在《科學》(Science)雜志上的一項研究中，中國和美國的研究人員發(fā)現(xiàn)，夏爾巴人的基因可以讓他們高效地處理氧氣。2017年，來自加州大學伯克利分校的人口遺傳學家拉斯姆斯·尼爾森（Rasmus Nielsen）發(fā)表了一項研究，分析了夏爾巴人可能遺傳了他們基因組成的族群。

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在2013年的研究中，Xtreme Everest又帶上了150名英國徒步旅行者，但這次大本營是唯一的目的地。再一次，物流團隊建造了一個復雜的設施和實驗室。三架直升機、100名搬運工和250多頭牦牛被用來把它們拖到加德滿都、Namche Bazaar和靠近白色山峰的營地之間。這一次最大的不同是，夏爾巴人不僅攜帶了設備，而且他們也參加了測試。
格羅科特說：“夏爾巴搬運工的朋友和家人最終成為我們的新兵。我們向夏爾巴團隊的一名成員解釋，他則向其他族人解釋，他們成為了旅程的一部分。他們問了許多非常聰明的問題，向我們證明他們已經充分理解。肌肉活組織檢查是我們做的最具侵入性的事情。我們對他們這樣做感到緊張，但他們對此并不介意。”

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大約有50項測試是在徒步旅行者和夏爾巴人身上完成的，包括一項亞硝酸鹽膳食補充劑的試驗，該補充劑能提高氧氣的效率。不過，在大多數(shù)情況下，這項工作是在2007年基礎上進行的。研究線粒體功能的劍橋大學生理學家安德魯·穆雷（Andrew Murray）在2007年和2013年參加了考察，他說：“我們測量了該領域的線粒體功能?！彼麄儚闹驹刚叩耐壬先∠录∪饨M織切片，然后探查線粒體通道，看看他們使用了多少氧氣。穆雷說：“這非常困難，世界上只有兩個實驗室能做到這一點。在高海拔實驗室里，這就更難了?！?br /> 研究團隊于2017年5月發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。與低地人相比，夏爾巴人不僅使用氧氣制造ATP的效率更高，而且當?shù)偷厝思∪庵械哪芰克诫S著氧氣減少而下降時，夏爾巴人的能量水平也在增加。穆雷稱：“這是一個非同尋常的發(fā)現(xiàn)。他們像我們一樣需要氧氣，但在低氧環(huán)境下，他們產生的能量不僅比我們低地人更多，而且他們自身的能量比在海平面上還要多。換句話說，當他們爬到已經適應了幾千年的環(huán)境中時，他們變得更健康了。讓我興奮的是，我們在這里見證了人類的進化。它發(fā)生在幾千年的時間里，但這在人類的歷史長河中顯然很短，這與人類能力提高有關?！?

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關于這些發(fā)現(xiàn)還有很多未解的問題。例如，我們不知道更高的能量水平是否純粹源自于更高的氧氣效率，亦或是卓越的能量守恒發(fā)揮了作用，也可能是夏爾巴人的身體在需要的時候可以關閉某些功能。新陳代謝的生物學是高度復雜的，盡管穆雷的劍橋團隊正專注于研究一個基因的作用，他們知道這個基因與夏爾巴人的新陳代謝適應有一定的關系。但是他們知道，這很可能會涉及到幾個基因。下一步將是更多的測試，對低地人和夏爾巴人的生理進行比較。
制藥公司目前正與穆雷直接合作，利用有關線粒體的新知識，篩選用于治療缺氧的新藥。新的理解意味著，他們可以更清晰、更有效地識別可能或不可能有用的東西。其次，Xtreme Everest團隊已經做出了重大貢獻，發(fā)現(xiàn)氧氣過量和缺氧都是有害的。要了解對個人來說安全的氧氣含量，以及在試圖判斷安全程度時尋找生化信號的方法扔有待研究，但目前許多關于Xtreme Everest的研究都集中在該領域。

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圖7：劍橋大學的生理學家安德魯·穆雷（Andrew Murray）曾在2007年和2013年參加Xtreme Everest的珠峰探險
在2017年早些時候，格羅科特和Xtreme Everest的小型登山隊飛赴尼泊爾，紀念他們第一次探險10周年。和該組織的其他成員一樣，格羅科特現(xiàn)在有了孩子，他和妻子、探險隊員丹尼帶著孩子們來到大本營。抵達后，他們前往加德滿都參加尼泊爾醫(yī)生和科學家會議。但是他此行的目的并不是參加會議，甚至也不是珠穆朗瑪峰。從加德滿都出發(fā)，他們去了Namche Bazaar，在充當社區(qū)中心的寺廟里等人約見。

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作者：fanghua2017   來源：8264社區(qū)