bmw721.com: 细胞如何感知氧气获2019年诺贝尔生理学奖:有氧运动提升耐力原来如此神奇!

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原标题:细胞如何感知氧气获2019年诺贝尔生理学奖:有氧运动提升耐力原来如此神奇!

北京时间昨天下午17时30分许,瑞典卡罗琳斯卡医学院在斯德哥尔摩宣布,将2019年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家。

北京时间昨天下午17时30分许,瑞典卡罗琳斯卡医学院在斯德哥尔摩宣布,将2019年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家。

他们分别是来自:哈佛医学院达纳-法伯癌症研究所的 威廉·凯林(William G. Kaelin,Jr.),牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所的 彼得·拉特克利夫(Peter J. Ratcliffe)以及美国约翰霍普金斯大学医学院的 格雷格·塞门扎(GreggL. Semenza)以表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。

祝贺三位伟大的科学家!

一、今年诺奖关注了氧气是如何被细胞感知的

说起氧气,即便是普通大众也不会陌生,我们一刻不停的从空气中吸入氧气,经过心肺系统和血液运输,将氧气运输到全身供新陈代谢需要,也就是说氧气是体内众多生化代谢途径不可或缺的物质。

人体感受氧气浓度并且根据氧气浓度产生相应的生理变化及活动这一复杂过程人们对此却所知甚少。

三位科学家阐明了在分子水平上人体是如何感受氧浓度的基本原理,揭示了其中重要的信号机制,为贫血、心血管疾病、黄斑退行性病变以及肿瘤等多种疾病开辟了新的临床治疗途径。

事实上,人体运动,特别是有氧运动,作为一种特殊的生理现象,其中很多机制也可以用今年诺贝尔生理学/医学奖的成果进行解释,或者说今年的诺奖为有氧运动研究开启了一个新的重要研究方向;

因为运动时本身需氧量和耗氧量都会大大增加,缺氧状态在运动时表现得很明显,这恰恰是诺奖今年关注的核心问题——“细胞是如何感知氧气浓度的”!

二、缺氧可以促进肾脏分泌EPO

当氧气缺乏时,会肾脏分泌一种激素——促红细胞生成素(顾名思义就是可以促进红细胞生成,英文简称EPO)。

EPO可以刺激骨髓生成新的红细胞。

比如当我们在高原活动时,由于缺氧,人体的新陈代谢发生变化,开始生长出新的血管,制造新的红细胞,从而更有效率地运输氧气,来弥补空气中氧含量的不足。

这也是为什么耐力项目,比如中长跑运动员和马拉松运动员需要经常到高原进行训练的原因所在!

因为高原缺氧环境可以促进肾脏分泌EPO,从而促进红细胞生成,另外高原缺氧环境本身就增加了对于心肺系统的刺激。

因此,通过高原训练可以有效从运动能力和体内物质两个方面提升人体耐力。

另一方面,长期世居高原的人们在缺氧环境中也进化出一系列机制使得他们心肺耐力更好,更能耐受缺氧,我国优秀马拉松运动员董国建来自云南;

多布杰来自西藏,竞走名将切阳什姐来自青海就是证明,因为世居在云贵高原、青藏高原这些高海拔地区的人们确实具有天生的耐力优势。

同样的道理,东非高原比如肯尼亚、埃塞俄比亚等地区也盛产优秀耐力高手,并且来自这些国家的中长跑运动员依旧仍然统治着从中距离跑到马拉松几乎所有项目。

三、EPO作为兴奋剂在竞技运动中被滥用

利用高原缺氧环境促进体内EPO的产生,进而在体内产生更多红细胞,这本身是一种物理手环,但非治疗目的外源性注射EPO显然就是使用兴奋剂。

滥用EPO最臭名昭著的就是已经被剥夺连续七次环法自行车赛冠军,遭到终身禁赛的美国自行车运动员——阿姆斯特朗!

此外,肯尼亚首位女子马拉松奥运冠军桑姆贡在2017年一次兴奋剂赛外检查中同样被查出EPO(促红细胞生成素)阳性,桑姆贡是2016年里约奥运会女子马拉松冠军,也是肯尼亚历史上首位女子马拉松奥运冠军,世界马拉松系列赛排名非常高的选手。

桑姆贡兴奋剂被查让素有“长跑王国”之称的肯尼亚体育蒙上了一层阴影。

2016年,德国电视一台以及英国《星期日泰晤士报》联合调查发现,在距离肯尼亚首都内罗毕西北约300公里的依腾训练中心,运动员服用兴奋剂的情况很普遍,摄像机甚至捕捉到了医生公然向运动员兜售EPO的场景。

而在过去三年多时间里,有超过40名肯尼亚运动员未能通过药检,这也导致长跑王国的声誉再度受到冲击,变得岌岌可危。

运动员非法注射EPO本身检测难度也很大,因为这些药物在体内代谢速度很快,除非在运动员刚刚注射EPO,检测其尿样也许可以发现其代谢物,否则过了12-24小时,EPO在体内就无影无踪了;

这也是为什么要对运动员进行飞行药检的原因所在,即便这样,抓住现行的可能性也很小。

近年来,一种新的反兴奋剂检测技术——生物护照技术得到普及,生物护照技术顾名思义给每一名运动员建立“生物护照”。

运动员的每一次检测结果都被跟踪记录下来,这样就可以反映运动员一段时间内的生理数据变化,如果某些数据在某个阶段呈现无法解释的异常波动,那么就意味着运动员可能使用了兴奋剂。

举例来说,红细胞含量在体内保持有限的波动,如果某一次检测发现红细胞含量异常上升,则该运动员则可能使用了EPO(促红细胞生成素),此时虽然并没有发现运动员使用EPO的直接证据,但也可以判定服用了兴奋剂。

生物护照技术的应用让运动员赛外使用兴奋剂面临很大风险。

因为该技术并不是凭借一次结果进行判定,而是对长期生理数据进行跟踪,这就要求运动员需要长期对自己体内物质负责。

四、今年诺奖揭示缺氧促进肾脏分泌EPO的这个“开关”

讲了那么多EPO的知识,我们还是继续回到诺奖上面。

虽然科学家们很早就知道缺氧可以促进肾脏分泌EPO,但其具体调节机制仍然不得而知,也就是说我们知道了因和果,但其中的过程仍然是黑箱,获得今年诺贝尔生理学/医学奖的科学家们就是通过揭示这个黑箱而获奖的。

这几位科学家们发现缺氧促进肾脏分泌EPO的这个“开关”是一种叫做缺氧诱导因子(Hypoxia-induciblefactors,简称HIF)的物质。

在供氧正常的情况下,这个物质含量很少,而机体缺氧时,这个物质却大量产生并诱发一系列基因表达,最终使得肾脏分泌了EPO;

当然,HIF绝不仅仅是促进肾脏分泌EPO那么简单,它具有一系列广泛的生物学作用,比如促血管产生、参与胚胎发育、免疫和肿瘤过程等等。

这其中有些是好的作用,有些是不好的作用。

好的作用我们可以加以利用或者时候开发药物来促进其产生;

而不好的作用则要尽可能控制或者同样开发抑制剂来抑制其产生。

五、今年诺奖跟运动关系很大,有氧运动更多奥秘将被揭示

举例来说,长期耐力运动会促进红肌纤维变得发达,之所以称为红肌纤维就是因为这些肌纤维中毛细血管丰富,在显微镜下呈现红色。

那么为什么耐力运动会使得肌肉中毛细血管大量产生呢?很可能就是因为运动时缺氧促进了HIF产生,从而促进了肌肉中血管产生,而血管大量产生后,不仅可以更好地运输氧气,也可以更好地排出代谢废物和二氧化碳。

这就是耐力提升的机制之一。

而科学家发现有些癌症比如肾癌发生在血流很丰富的区域,说明氧气参与了这些癌症的产生,同时大量新生血管又会促进这些癌症加速生长;

这时候,科学家就可以通过今年诺奖的成果推论并且研发靶向药物,通过调节HIF及其相关因子,从而抑制血管生成,达到抑制肿瘤的目的。

此外,有经验的跑者都知道一个道理:

LSD是有氧跑,氧供和氧耗处于平衡状态;

而间歇跑是无氧跑,此时氧供满足不了氧耗的需求,所以糖这时只能无氧分解产生能量来维持较高的跑速。

也就是说间歇跑相比LSD,缺氧明显更加严重。

但跑过间歇跑的跑者也都能很明显的感受到,经过间歇跑训练,耐力能得到更有效的提升,换句话说不仅有氧运动可以提升耐力,无氧运动;

或者说缺氧运动也能够提升耐力,缺氧运动提升耐力的机制也许也能通过今年诺贝尔生理学/医学奖进行解释,因为缺乏促进了HIF产生,HIF的产生有发挥了一系列机制,比如促进肾脏分泌EPO、促进毛细血管密度增加等等。

所以,无氧训练是耐力训练不可或缺的一种重要训练手段。

六、总结

2019年诺贝尔生理学/医学奖颁发给了揭示细胞如何感知氧气的三位科学家,今年的诺奖事实上也跟运动生理学关系极大,有氧运动提升耐力的更多机制将被揭示。

感谢这些伟大的科学家,他们的卓越成就最终将在若干年之后惠及我们每一个人!

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