الذعر للأكسجين

انضم أحد علماء معهد وايزمان للعلوم إلى البعثة إلى جبال الأنديز في بيرو للتحقق من مدى تأثير التغيرات في مستويات الأكسجين على ارتفاعات مختلفة على الساعات البيولوجية في أجسامنا.

لا يستنشق هواء القمم إلا من تنفس غبار الطريق.

لا رينكونادا في جبال الأنديز في بيرو هي أعلى مستوطنة دائمة في العالم - وهي أيضًا واحدة من أصعب الأماكن للعيش فيها. سكان هذه المدينة، ومعظمهم من عمال المناجم الفقراء الذين أتوا إلى المكان على أمل أن يصبحوا أثرياء من خلال العمل في منجم الذهب القريب، لا يواجهون فقط ظروف معيشية مزرية والكثير من التلوث البيئي، ولكن أيضًا مع الأكسجين النادر للغاية، والذي على ارتفاع 5,300 متر تصل إلى نصف كثافته في الهواء عند مستوى سطح البحر. انضم البروفيسور جاد آشر من معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا إلى مجموعة من العلماء من فرنسا - "البعثة 5300" - الذين أقاموا في لا رينكونادا لأغراض علمية - لدراسة كيفية تكيف السكان المحليين مع نقص الأكسجين - ولأغراض إنسانية: بدء مشاريع لتحسين ظروفهم المعيشية. من ناحية أخرى، جعل البروفيسور آشر هدفه إجراء تحقيق مع الباحثين: التحقق من كيفية تأثر أعضاء البعثة أنفسهم بالنقص الشديد في الأكسجين.

وسبق أن نشر البروفيسور آشر وفريقه البحثي في ​​قسم العلوم الجزيئية الحيوية دراسة رائدة كشفت أن الأكسجين يؤثر على الساعات البيولوجية التي تعمل في كل خلية من خلايا جسمنا في إيقاعات "اليوماوية"، أي دورات 24 ساعة. ومن المعروف منذ زمن طويل أن هذه الساعات البيولوجية - التي تنظم دورة النوم، وإفراز العديد من الهرمونات والعديد من وظائف الجسم الأخرى - تتأثر بأشعة الشمس ودرجة الحرارة والعادات الغذائية، لكن مجموعة البروفيسور آشر كانت أول من أظهر أن مستويات الأكسجين تؤثر أيضًا على تنظيم هذه الساعات وأن التغييرات في مستويات الأكسجين يمكن أن "تعيد ضبط" الساعات وتعيدها أو تخرج عن المزامنة. تم إجراء هذا البحث الرائد في مزارع الخلايا وفي الفئران. الآن أتاحت "الرحلة الاستكشافية 5300" الفرصة لدراسة تأثير مستويات الأكسجين المختلفة على الساعات البيولوجية في جسم الإنسان.

الخوف من ال مرتفعات

تضخم عدد السكان في لا رينكونادا على مر السنين إلى أكثر من 50 ألف نسمة مع ارتفاع سعر الذهب - حيث قفز سعر السلعة 30 مرة في الخمسين عامًا الماضية. لكن هذه المدينة المؤقتة، المتاخمة لنهر جليدي، لم يتم التخطيط لها أبدًا لتكون مستوطنة دائمة: فهي لا تحتوي على نظام صرف صحي، ولا مياه جارية، ولا مستشفيات. يعيش معظم السكان في أكواخ بدون تدفئة؛ وتتراكم النفايات في كل مكان وتتحلل ببطء بسبب نحافة الأكسجين الموجود في الهواء، وتتلوث مصادر المياه نتيجة تسرب الزئبق المستخدم في فصل الذهب عن الصخور. لا يحصل عمال المناجم على رواتبهم، بل يُسمح لهم مرة واحدة في الشهر بالاحتفاظ بالصخور التي حفروها في ذلك اليوم، بما في ذلك الذهب الموجود بداخلها. وعلى الرغم من أحلام الثراء، إلا أن المعدن الثمين لا يوجد في هذه الصخور ولكن بكميات قليلة فقط.

أنشأ أعضاء الوفد الفرنسي، بقيادة الدكتور صامويل فيرجيس من جامعة غرونوبل في جبال الألب، مختبرًا مؤقتًا في لا رينكونادا في سبتمبر 2019 لدراسة داء المرتفعات المزمن بهدف البدء أيضًا في مشاريع إنسانية لصالح من السكان المحليين. انضم البروفيسور آشر إلى "الرحلة الاستكشافية 5300" لمدة ثلاثة أسابيع في رحلته الثانية إلى لا رينكونادا - في فبراير 2020.

لم يتم التخطيط لهذه المدينة المؤقتة، التي يحدها نهر جليدي، لتكون مستوطنة دائمة: فهي لا تحتوي على نظام صرف صحي، ولا مياه جارية، ولا مستشفيات (أكسل بيتيت – إكسبيديشن 5300©)

وتوقف العلماء في الطريق لبضعة أيام في مدينة بونو على بحيرة تيتيكاكا، على ارتفاع 3,800 متر، للتأقلم مع الارتفاع. ومع ذلك، عندما وصلوا إلى بلدة عمال مناجم الذهب، عانى جميع أعضاء البعثة من أعراض نقص الأكسجين: التعب الذي يقترب من الإرهاق، وفي بعض الحالات حتى انقطاع التنفس أثناء النوم، وهو نموذج لمرض المرتفعات الشديد. وعلى الرغم من الظروف الصعبة، احتشد الأعضاء للمشاركة في بحث البروفيسور آشر: حيث كان يأخذ عينات دم منهم ومن نفسه كل أربع ساعات لمدة يوم - أولاً عند مستوى سطح البحر عندما وصلوا إلى بيرو، ثم على ارتفاع 3,800 متر و على ارتفاع 5,300 متر. كان لمصاعب الحياة في لا رينكونادا أيضًا مزايا، على الأقل من الجانب البحثي: نظرًا للأعراض الجسدية وعدم وجود خيارات مغرية لتناول الطعام في الخارج، تناول أعضاء البعثة جميع الوجبات معًا وذهبوا إلى الفراش في نفس الوقت. - بحيث تم إنشاء جدول أعمال موحد مناسب بشكل خاص لدراسة الساعات البيولوجية.

عندما تصل عينات الدم من البيرو إلى إسرائيل، سيقوم البروفيسور آشر بالتحقق مما إذا كانت التغيرات في مستويات الأكسجين تؤثر على التعبير الدوري للجينات والتقلبات الدورية في مستويات مختلفة من المواد في الجسم وكيف. في الواقع، أظهر مختبر البروفيسور آشر سابقًا على الفئران أن نقص الأكسجين يعطل الساعات البيولوجية، ويفعل ذلك بشكل مختلف في الأنسجة المختلفة، بحيث يجعلها "تدق" دون التنسيق فيما بينها. وبعبارة أخرى، فإنه ينتهك التنسيق على مستوى الجسم بين الساعات، وهو أمر ضروري لحسن سير عمل الجسم.

ومن المعروف الآن أن هناك علاقة بين أمراض الجهاز التنفسي المختلفة، بما في ذلك الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) وانقطاع التنفس أثناء النوم، والانخفاض الدوري في إمدادات الأكسجين - وهو ما يشير على الأرجح إلى اضطرابات في الساعات البيولوجية. إن الظروف التجريبية الفريدة، مثل تلك التي أمكن تحقيقها في لا رينكونادا، قد تعزز فهم الاضطرابات في هذه الأمراض وغيرها وتعزز بشكل عام فهم نشاط الساعات البيولوجية في جسم الإنسان.

الأرقام العلمية: يتم التعبير عن ما يصل إلى 40% من الجينات في جسم الإنسان وفقًا لنمط الساعة البيولوجية، في دورات مدتها 24 ساعة.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• جائزة نوبل للطب لاكتشاف الآليات الجزيئية الكامنة وراء الساعة البيولوجية
• كفاءة إنتاج الطاقة من الطعام في الجسم لا تعتمد فقط على نوع الطعام، بل على وقت تناوله أيضًا
• بين الظلام والنور