Hinweis: Der folgende Artikel hilft Ihnen dabei: Wie verändert große Höhe den Stoffwechsel des Körpers?
Jetzt haben Forscher des Gladstone Institute die Ursache für dieses interessante Phänomen gefunden. Ihre Studie zeigte, wie chronisch niedrige Sauerstoffwerte, wie sie in großen Höhen auftreten, die Art und Weise verändern, wie der Körper Zucker und Fette verstoffwechselt.
Diese in der Fachzeitschrift Cell Metabolism veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Stoffwechselunterschiede von Menschen, die in großen Höhen leben, und ebnen den Weg für die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Stoffwechselerkrankungen.
Dr. Isha Jain, die leitende Autorin der Studie, sagt: „Wenn ein Organismus niedrigen Sauerstoffwerten ausgesetzt ist, haben wir festgestellt, dass verschiedene Organe dieses Organismus ihre Brennstoffquellen und Energieproduktionswege auf unterschiedliche Weise ändern.“ Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse uns dabei helfen werden, Stoffwechselwege zu identifizieren, die außerhalb hypoxischer Umgebungen anwendbar sind.
Nachahmung des Lebens in großen Höhen
Auf Meereshöhe, wo ein Drittel der Weltbevölkerung lebt, macht Sauerstoff etwa 21 % unserer Luft aus. Manche Menschen leben jedoch in Höhen über 4500 Metern (entspricht der Höhe von Gipfeln wie Mount Rainier, Mount Whitney und verschiedenen Gipfeln in Colorado und Alaska). Sauerstoff macht nur 11 % der Atemluft aus; Diese Menschen können sich anpassen und ohne Sauerstoff leben, was als Hypoxie bezeichnet wird.
Forscher, die die Auswirkungen von Hypoxie untersuchen, forschen normalerweise an im Labor isolierten Zellen oder in Krebstumoren, denen oft Sauerstoff fehlt. Janes Forschungsgruppe wollte untersuchen, wie sich eine langfristige Hypoxie auf die Organe des Körpers auswirkt.
Ayush Maida, der Erstautor dieser Arbeit, sagt: „Wir wollten die Stoffwechselveränderungen bestimmen, die zur Anpassung von Organen an Hypoxie führen.“ Wir dachten, dies könnte Aufschluss darüber geben, wie diese Anpassung gegen Stoffwechselerkrankungen wirkt.
In dieser Studie platzierten Forscher erwachsene Mäuse in Druckkammern mit 21 %, 11 % oder 8 % Sauerstoff. Diese Sauerstoffmenge ist die Menge, in der sowohl Menschen als auch Mäuse überleben können. Drei Wochen lang überwachten die Forscher das Verhalten der Tiere, überwachten ihre Bluttemperatur, ihren Kohlendioxid- und Glukosespiegel und untersuchten mithilfe von Positronen-Emissions-Tomographie-Scans (PET), wie ihre verschiedenen Organe Nährstoffe nutzten.
Kraftstoffumverteilung
Während der ersten Tage der Hypoxie bewegten sich Mäuse, die bei 11 % oder 8 % Sauerstoff lebten, weniger und waren stundenlang völlig sesshaft. Am Ende der dritten Woche hatten sich ihre Bewegungsmuster wieder normalisiert. Ebenso war die Menge an Kohlendioxid im Blut, die abnimmt, wenn Mäuse oder Menschen schneller atmen, um mehr Sauerstoff aufzunehmen, in diesem Experiment zunächst reduziert, normalisierte sich aber nach drei Wochen wieder.
Allerdings schien der Stoffwechsel dieser Tiere durch Hypoxie dauerhaft verändert zu sein. Bei Tieren in hypoxischen Käfigen sanken der Blutzuckerspiegel und das Körpergewicht, und keines kehrte auf die Werte vor der Hypoxie zurück. Diese stabilen Veränderungen spiegeln im Allgemeinen das wider, was bei Menschen beobachtet wurde, die in großen Höhen leben.
Als die Forscher die PET-Scans jedes Organs analysierten, entdeckten sie auch Veränderungen in der Stabilität. Der Körper benötigt eine große Menge Sauerstoff für den Stoffwechsel von Fettsäuren (den Bausteinen von Fett) und Aminosäuren (den Bausteinen von Proteinen). Im Gegensatz dazu wird weniger Sauerstoff benötigt, um den Zucker Glukose zu verstoffwechseln. Diese Studie zeigte, dass Hypoxie in den meisten Organen zu einem erhöhten Glukosestoffwechsel führte, was vermutlich eine Reaktion auf Sauerstoffmangel war. Die Wissenschaftler fanden jedoch heraus, dass die Glukoseaufnahme in braunem Fett und Skelettmuskeln verringert war, zwei Organen, von denen zuvor bekannt war, dass sie einen hohen Glukosestoffwechsel aufweisen.
„Vor dieser Studie bestand die Hypothese auf diesem Gebiet, dass bei niedrigem Sauerstoffgehalt der Stoffwechsel des gesamten Körpers Sauerstoff effizienter nutzt, was bedeutet, dass der Körper mehr Glukose und weniger Fettsäuren und Aminosäuren verbrennt“, sagt Jain. Wir haben gezeigt, dass einige Organe mehr Glukose verbrauchen, andere jedoch stattdessen Glukose speichern.
Zu den anhaltenden Auswirkungen der bei Mäusen beobachteten Langzeithypoxie gehörten ein verringertes Körpergewicht und ein verringerter Glukosespiegel, die mit einem geringeren Risiko für Krankheiten, einschließlich Herz-Kreislauf-Erkrankungen, beim Menschen verbunden sind. Das Verständnis, wie Hypoxie zu diesen Veränderungen beiträgt, könnte zur Entwicklung neuer Medikamente führen, die diese positiven Wirkungen nachahmen.
Wir sehen bereits, dass Sportler in der Höhe trainieren, um ihre sportliche Leistung zu verbessern.
In Zukunft könnten wir den Menschen empfehlen, mehr Zeit in der Höhe zu verbringen, um ihre Gesundheit zu verbessern, schlussfolgerten die Forscher.
(Bildunterschrift: Ein Team von Wissenschaftlern am Gladstone Institute hat gezeigt, wie niedrige Sauerstoffwerte über längere Zeiträume die Zucker- und Fettverbrennung von Mäusen beeinflussen können.)
