Δεν εξελιχθήκαμε για αυτό

Όταν μια φώκια Weddell, ιθαγενής της Ανταρκτικής, πέφτει κατακόρυφα 400 μέτρα κάτω από τον πάγο σε μια από τις ωριαίες καταδύσεις της, ένα σύνολο προσαρμογών συγκεντρώνεται για να την κρατήσει ζωντανή. Ο καρδιακός ρυθμός της φώκιας επιβραδύνεται. Με αυτόν τον ρυθμό, θα καεί μέσω του βαθιού αποθέματος οξυγόνου του -που παρέχεται από εξαιρετικά μεγάλους όγκους αίματος και αιμοσφαιρίνης- πιο αργά. Οι μύες της φώκιας απελευθερώνουν τεράστιες αποθήκες παγιδευμένου οξυγόνου από μια άλλη πρωτεΐνη, που ονομάζεται μυοσφαιρίνη. Εάν τα επίπεδα οξυγόνου μειωθούν στους ιστούς του, προκαλώντας υποξία, τα κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα υψηλά επίπεδα σακχάρου γλυκογόνου που είναι αποθηκευμένο στην καρδιά και τον εγκέφαλό τους για να ξεκινήσουν τον αναερόβιο μεταβολισμό, δημιουργώντας ενέργεια χωρίς οξυγόνο. Το πολύ μεγάλο συκώτι της φώκιας έχει επίσης τη δική του αποθήκη ερυθρών αιμοσφαιρίων πλούσια σε οξυγόνο, όπως μια εφεδρική δεξαμενή κατάδυσης. Και καθώς τα επίπεδα οξυγόνου πέφτουν πολύ κάτω από τα επίπεδα που θα άφηναν έναν ανθρώπινο δύτη αναίσθητο, ο λεπτός έλεγχος των φλεβών που οξυγονώνουν τα εγκεφαλικά κύτταρα της φώκιας της επιτρέπουν να κολυμπάει ανεπηρέαστη. Μαζί, αυτά τα συστήματα διασφαλίζουν ότι η φώκια επιβιώνει από αυτά τα έντονα υποξικά γεγονότα ξανά και ξανά, κατάδυση μετά την κατάδυση, για τις πολλές δεκαετίες της ζωής της.

Τον τελευταίο χρόνο, οι άνθρωποι σε όλο τον κόσμο αντιμετώπιζαν ένα δικό τους έντονο υποξικό συμβάν:τον COVID-19. Η διαφορά? Το ανθρώπινο σώμα δεν κατασκευάστηκε ποτέ για να επιβιώνει τόσο ακραίους περιορισμούς οξυγόνου. Αυτό το γεγονός γίνεται ιδιαίτερα έντονο όταν συγκρίνετε τους ανθρώπους με τα καταδυτικά θαλάσσια θηλαστικά.

Αυτό έκαναν οι ερευνητές σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε στο Comparative Biochemistry and Physiology . Εξέτασαν τι θα μπορούσαν να αποκαλύψουν οι εξαιρετικές καταδυτικές ικανότητες των θαλάσσιων θηλαστικών σχετικά με το τι αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι όταν μολυνθούν από τον SARS-CoV-2. Η απάντηση που βρήκαν ήταν, συνολικά, ζοφερή:Το ανθρώπινο σώμα δεν έχει ουσιαστικά καμία από τις διασφαλίσεις που προστατεύουν ένα θαλάσσιο θηλαστικό όταν τα επίπεδα οξυγόνου πέφτουν.

«Τα θαλάσσια θηλαστικά μας έδειξαν ότι χρειάζεται πολύς συντονισμός, από πολλούς ιστούς, για να παρέχεται όλη αυτή η προστασία σε μια ακραία κατάσταση», δήλωσε η συν-συγγραφέας Terrie Williams, καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Κρουζ. «Και το μόνο πράγμα που μπορούμε να κάνουμε εμείς οι άνθρωποι είναι να βεβαιωθούμε ότι δεν θα βρεθούμε σε μια κατάσταση όπου το οξυγόνο γίνεται διακυβευτικό. Δυστυχώς, αυτό ακριβώς κάνει αυτή η ασθένεια.”

Οι τρόποι με τους οποίους ο COVID-19 κλέβει το οξυγόνο από τους ανθρώπινους ιστούς είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά του. Ο ιός εισβάλλει στην επένδυση των πνευμόνων, συμπεριλαμβανομένων των κυψελίδων, μικροσκοπικών σακουλών αέρα που δεσμεύουν το οξυγόνο από κάθε αναπνοή και το περνούν γρήγορα στην κυκλοφορία του αίματος. Καθώς το ανοσοποιητικό σύστημα προσπαθεί να καταπολεμήσει τον ιό, οι πνεύμονες και αυτοί οι αερόσακοι φλεγμονώνονται και γεμίζουν με υγρό, ακρωτηριάζοντας την ικανότητά τους να μεταφέρουν οξυγόνο στο αίμα. Μια πρόσφατη μελέτη ασθενών σε κρίσιμη κατάσταση από το COVID-19 υποδηλώνει ότι η αναπνευστική ανεπάρκεια λόγω του ιού «μπορεί να αντιμετωπιστεί παρόμοια με την υποξική αναπνευστική ανεπάρκεια» που προκαλείται από άλλες ασθένειες.

Πολλοί ασθενείς με COVID-19 εμφανίζουν επίσης μη φυσιολογική πήξη του αίματος, κάτι που οι επιστήμονες και οι γιατροί εξακολουθούν να δυσκολεύονται να εξηγήσουν. Αυτή η πήξη μπορεί να είναι αρκετά σοβαρή ώστε να εμποδίζει το οξυγόνο να φτάσει στον εγκέφαλο, προκαλώντας ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο. Τα κύτταρα του εγκεφάλου και της καρδιάς, σε αντίθεση με άλλα είδη κυττάρων, μπορούν να επιβιώσουν μόνο λίγα λεπτά χωρίς οξυγόνο πριν πεθάνουν.

Αυτός ο καταρράκτης υποξίας υπενθύμισε στον Williams -ο οποίος μελετά τη φυσιολογία τόσο των καταδυτικών θηλαστικών όσο και των ανθρώπων αθλητών- τους τρόπους με τους οποίους τα θαλάσσια θηλαστικά είχαν προηγουμένως φωτίσει ζητήματα ανθρώπινης υγείας. Η έρευνά της στις καρδιές των ρινοδέλφινων και των φώκιας Weddell βοήθησε να εξηγηθεί μια σειρά αιφνιδίων θανάτων μεταξύ τριαθλητών καθώς έμπαιναν στο νερό στην αρχή ενός αγώνα:Το ξαφνικό χαστούκι κρύου νερού πυροδότησε μια ενστικτώδη επιβράδυνση της καρδιάς τους, ακριβώς τη στιγμή που επιτάχυναν έτοιμος για άσκηση. Αυτά τα ευρήματα βοήθησαν στην αλλαγή της μορφής ορισμένων φυλών.

Όσον αφορά το COVID-19, ωστόσο, η εφαρμογή των μαθημάτων των θηλαστικών που καταδύονται βαθιά δεν είναι τόσο απλή. «Τα θαλάσσια θηλαστικά είναι αυτό το θαυμάσιο μοντέλο, γιατί ζουν μια ζωή που σε εμάς φαίνεται σαν μια συνεχής φυσιολογική επίθεση», λέει ο Chris McKnight, ερευνητής στη συγκριτική ανατομία στο Scottish Oceans Institute του Πανεπιστημίου St. Andrews, ο οποίος δεν συμμετείχε. στο χαρτί. «Αλλά αυτό έρχεται με την πολυπλοκότητά του. Είχαν πολύ καιρό να αναπτύξουν αυτά τα βέλτιστα εξελικτικά χαρακτηριστικά."

Ακόμα κι έτσι, ορισμένοι ερευνητές εξετάζουν πώς αυτά τα χαρακτηριστικά εξελίχθηκαν για να αναπτύξουν θεραπείες. Συγκεκριμένα, ο McKnight επεσήμανε την έρευνα που διεξάγεται στο Ινστιτούτο Καρκίνου του Πανεπιστημίου Duke. Οι επιστήμονες του Duke μελετούν γιατί τα θαλάσσια θηλαστικά δεν εμφανίζουν φλεγμονή στους πνεύμονες και σε άλλα όργανά τους όταν στερούνται το οξυγόνο. Αυτό τους προστατεύει από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι ασθενείς με COVID-19 στη μεταφορά οξυγόνου στο αίμα.

Ο Jason Somarelli, επίκουρος καθηγητής στο Duke και ερευνητής σε αυτό το έργο, εξήγησε σε ένα email ότι η ομάδα του μελετά εάν οι φάλαινες μπορεί να έχουν χάσει κάποια γονίδια μέσω της εξέλιξης που τους επιτρέπουν να αποσυνδέσουν την υποξία και τη φλεγμονή. Εάν αυτό είναι σωστό, μπορεί μια μέρα να αναπτυχθεί ένα φάρμακο που θα μπορούσε να απενεργοποιήσει τεχνητά τα ίδια γονίδια στους ανθρώπους.

«Είναι όλα πιθανά, αλλά μέρος της σωστής μετάφρασης στη θεραπεία είναι να ενθαρρύνουμε τη βιοϊατρική κοινότητα να πάρει την ιδέα ότι τα θαλάσσια θηλαστικά μπορεί να κρατούν τα κλειδιά», είπε ο McKnight. "Δεν θα φανταζόμουν ότι υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ανθρώπων βιοϊατρικών ανθρώπων των οποίων η πρώτη στάση θα ήταν τα θαλάσσια θηλαστικά ως ένα καλό μέρος για να κοιτάξετε."

Για τον Williams, το μάθημα από τα θαλάσσια θηλαστικά είναι ένα μάθημα προσοχής:Μας δείχνουν πόση εξελικτική προστασία χρειάζεται για την προστασία του σώματος από την υποξία και πόσες ελάχιστες συνακόλουθες διασφαλίσεις έχουν οι άνθρωποι. Θεωρεί ότι το χαρτί της είναι ένας άλλος τρόπος για να επισημάνει πόσο ζωτικής σημασίας είναι να αποφεύγουν οι άνθρωποι να κολλήσουν τον COVID-19 εξαρχής.

Η Claudia Geib είναι επιστημονική δημοσιογράφος και συντάκτρια με βάση το Cape Cod. Το έργο της καλύπτει τη θαλάσσια και περιβαλλοντική επιστήμη, την άγρια ​​ζωή και τον τρόπο σύνδεσης των ανθρώπων με τον φυσικό κόσμο.

Αναφορές

1. Williams, T.M. &Davis, R.W. Φυσιολογική ανθεκτικότητα σε καταδυτικά θηλαστικά:Πληροφορίες για την προστασία από την υποξία χρησιμοποιώντας την αρχή Krogh για την κατανόηση των συμπτωμάτων του COVID-19. Συγκριτική Βιοχημεία και Φυσιολογία 253 , 110849 (2020).

2. Hernandez-Romieu, A.C., et al. Χρόνος διασωλήνωσης και θνησιμότητας μεταξύ ασθενών με νόσο του κορονοϊού σε κρίσιμη κατάσταση:Μια μελέτη κοόρτης ενός κέντρου. Ιατρική Κριτικής Φροντίδας 48 , e1045-e1053 (2020).

3. Γαλιατσάτος, P. &Brodsky, R. Τι κάνει ο COVID στο αίμα σας; Hopkinsmedicine.org (2020).

4. Szelenberger, R., Saluk-Bijak, J., &Bijak, M. Το ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο μεταξύ των συμπτωμάτων που προκαλούνται από τη μόλυνση COVID-19. Journal of Clinical Medicine 9 , 2688 (2020).

5. Williams, T.M., et al. Η άσκηση σε βάθος μεταβάλλει τη βραδυκαρδία και τη συχνότητα εμφάνισης καρδιακών ανωμαλιών σε θαλάσσια θηλαστικά που καταδύονται βαθιά. Επικοινωνίες για τη φύση 6 , 6055 (2015).

Εικόνα επικεφαλής:eldar nurkovic / Shutterstock