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海豹为什么能潜水?一氧化碳是功臣 精选

已有 6301 次阅读 2014-5-1 07:50 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

海豹是潜水健将,能屏一口气潜到500米海底,可在海底停留25分钟。潜水过程中,海豹非重要组织器官内血液会减少,但这些组织屏不会因为缺血而损伤。美国圣地亚哥斯克里普斯海洋学研究所学者认为,海豹血液中高水平一氧化碳是让这些动物具有超水平潜水能力的原因,能保护动物组织免受缺血导致的损伤。研究发现,一氧化碳能保护器官移植导致的组织损伤。


海豹血液一氧化碳水平很高这种现象是上个世纪50年代英国国立医学研究院Lewis Pugh率先发现的。为研究是否取暖炉导致南极考察站队员一氧化碳中毒,Pugh监测了这些队员血液中的一氧化碳水平。非常意外的是,他顺便监测了一些威德尔海豹血液,结果发现这些动物血液中一氧化碳水平极高2, 3。看来,有时候不务正业才有可能发现新东西,随便测定了一下海豹血液中的一氧化碳水平,就可以发表《自然》。

10多年后,研究人员发现哺乳动物细胞能在降解血红蛋白和肌红蛋白时制造一氧化碳,90年代早期,科学家意识到这种过去一直认为有毒的气体,也能作为治疗药物使用。动物实验发现,吸入少量一氧化碳能预防器官移植和心肌梗塞后组织损伤(我的朋友,美国匹兹堡大学Nakao教授就是这方面的专家)。现在,一氧化碳预防器官移植损伤已经开展临床研究。但人们对这种气体的作用原理仍不十分清楚。

本周在美国加州圣地亚哥召开的2014实验生物学会议上,1项新研究让人们再次关注海豹。斯克里普斯海洋学研究所比较生理学家Michael Tift24只象海豹血液进行分析发现,这些动物结合一氧化碳的血红蛋白水平很高,成年象海豹血液中大约有10%血红蛋白结合了一氧化碳(碳氧血红蛋白)。

10%的一氧化碳结合率相当于每天吸40只香烟的情况。不吸烟的正常人血液中碳氧血红蛋白一般只有1-1.5%。显然每天40根香烟也不能让人具有潜水500米的能力,吸烟也许对耐受低氧有帮助,如果这样,吸烟有可能减少缺血性疾病的组织损伤程度,当然不能因为这个鼓励大家吸烟。

Tift认为,海豹体内高一氧化碳水平,能很好地解释为什么在它们潜水过程中,一些组织不会因为生理性缺血而导致损伤。在人类和其他动物,但缺血组织恢复血液供应时,可发生缺血再灌注损伤,产生炎症反应和大量活性氧,导致细胞损伤甚至坏死。海豹因为有一氧化碳的保护不会发生这样的后果。意思是一氧化碳能很好预防缺血再灌注损伤?。

哈佛大学医学院生理学家Leo Otterbein说,一氧化碳好像能降低组织代谢(不是好像而是确实)。他是研究一氧化碳作为治疗气体的先驱。降低代谢就可以减少氧气的使用,也就可以延缓导致组织炎症和细胞坏死发生的有毒物质。

法国医学研究局(INSERM)血管生理学家Roberto Motterlini认为,海豹给人们提供了一种理解一氧化碳生物学的有价值工具。他提示,一氧化碳能刺激线粒体的产生,或许可以从这个方面深入研究。

1.               Robinson,P. W. et al. PLoS ONE7, e36728 (2012).

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2.               Show context

3.               Pugh, L.G. C. E. Br. Med. J.1, 192–196 (1959).

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4.               Show context

5.               Pugh, L.G. C. E., Nature183, 74–76 (1959).

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6.               Show context

Motterlini, R. &Otterbein L., Nature Reviews Drug Discovery9, 728–743 (2010). http://dx.doi.org/10.1038/nrd3228Show context

http://www.nature.com/news/deep-diving-seals-reveal-secrets-of-carbon-monoxide-1.15131

 




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