Tại sao người dân vùng cao có thể thích nghi với môi trường có lượng oxy thấp mà không bị say độ cao?

Nhiều người không khỏi tò mò tại sao những người dân ở vùng cao nguyên họ có thể thích nghi với cuộc sống ở một trong những nơi có nồng độ oxy loãng và thấp như vậy. Bài viết dưới đây, sẽ giúp chúng ta giải đáp những thắc mắc này.

Ưu điểm sinh lý của người cao nguyên thích nghi với môi trường thiếu oxy

Ở vùng cao nguyên, oxy rất loãng và hàm lượng oxy trong môi trường thấp đặt ra nhiều thách thức cho sinh vật. Tuy nhiên, trải qua nhiều thế hệ tiến hóa và thích nghi, người dân cao nguyên đã phát triển được một số ưu điểm sinh lý giúp họ thích nghi tốt hơn với môi trường đặc biệt này. Trong số đó, sự gia tăng hàm lượng huyết sắc tố và nồng độ huyết sắc tố là một đặc điểm quan trọng của người dân cao nguyên thích nghi với môi trường thiếu oxy.

 

Hemoglobin là thành phần quan trọng của hồng cầu có chức năng liên kết oxy và vận chuyển nó đi khắp cơ thể. Ở những vùng cao nguyên, áp suất oxy mà cơ thể con người tiếp xúc thấp hơn và hàm lượng oxy trong máu cũng sẽ giảm theo. Để bù đắp cho sự thiếu hụt oxy này, cơ thể của những người ở độ cao sẽ tăng hàm lượng huyết sắc tố và nồng độ huyết sắc tố một cách tự nhiên. Sự gia tăng hàm lượng huyết sắc tố có nghĩa là nhiều oxy hơn có thể được vận chuyển đến các bộ phận khác nhau của cơ thể thông qua các tế bào hồng cầu, trong khi sự gia tăng nồng độ huyết sắc tố giúp cải thiện khả năng liên kết oxy và hiệu quả vận chuyển.

Khả năng thích ứng của người dân cao nguyên có liên quan chặt chẽ với thách thức môi trường. Khi bạn ở độ cao lớn, cơ thể bạn phản ứng nhanh chóng để thích nghi với tình trạng thiếu oxy. Khi cơ thể con người tiếp xúc với môi trường ít oxy trong thời gian dài, các tế bào gốc tạo máu trong tủy xương sẽ bị kích thích, từ đó làm tăng sản xuất và giải phóng hồng cầu. Phản ứng sinh lý này là cách quan trọng để cơ thể người dân cao nguyên thích nghi với môi trường thiếu oxy.

 

Các yếu tố tăng trưởng và phát triển ở người cao nguyên cũng sẽ được kích hoạt, từ đó kích thích sản sinh hồng cầu. Khi môi trường thiếu oxy, nồng độ các yếu tố tăng trưởng và phát triển trong cơ thể sẽ tăng lên, thúc đẩy quá trình sản xuất và giải phóng hồng cầu, đây cũng là một trong những nguyên nhân quan trọng làm tăng hàm lượng hemoglobin ở quần thể vùng cao nguyên.

Ngoài việc tăng hàm lượng và nồng độ hemoglobin để thích nghi với môi trường thiếu oxy, người dân cao nguyên còn phản ứng với stress thiếu oxy thông qua các cơ chế điều hòa sinh lý khác. Dung tích phổi và chức năng thở ra của chúng tương đối mạnh, cho phép chúng hấp thụ và sử dụng một lượng nhỏ oxy tốt hơn. Nhịp hô hấp và nhịp tim của người dân ở vùng cao nguyên cũng tương đối cao để cung cấp nhiều oxy hơn cho các mô và cơ quan khác nhau.

Ưu điểm sinh lý của người cao nguyên thích nghi với môi trường thiếu oxy được thể hiện ở việc gia tăng hàm lượng huyết sắc tố và nồng độ huyết sắc tố. Bằng cách tăng cường tổng hợp và giải phóng huyết sắc tố, người dân vùng cao có khả năng vận chuyển và sử dụng oxy hiệu quả hơn để thích nghi với môi trường đặc biệt ở độ cao. Sự thích nghi sinh lý này là kết quả của việc người dân cao nguyên sống trong môi trường ít oxy trong thời gian dài và đó cũng là sự khác biệt rõ ràng giữa họ với người dân các vùng khác.

Lý do người dân vùng cao ít bị say độ cao

 

Say độ cao đề cập đến một loạt các triệu chứng thể chất do thiếu oxy khi con người bay từ độ cao thấp lên độ cao lớn. Tuy nhiên, một số nhóm người tương đối ít bị say độ cao, nguyên nhân chủ yếu là do những thay đổi thích nghi trong chức năng phổi và chuyển hóa cơ tim do cuộc sống ở độ cao mang lại.

Những thay đổi thích ứng trong chức năng phổi là một trong những lý do quan trọng khiến người dân vùng cao ít bị say độ cao. Phổi của người sống ở vùng đồng bằng chủ yếu thích nghi với áp suất không khí và môi trường khí hậu ở độ cao thấp. Tuy nhiên, khi con người di chuyển lên độ cao cao hơn, phổi của chúng ta dần dần thích nghi với môi trường cao nguyên khắc nghiệt hơn. Quá trình này chủ yếu đạt được bằng cách tăng số lượng phế nang, tăng cường độ đàn hồi của phổi và tăng số lượng hồng cầu.

Việc tăng số lượng phế nang có thể làm tăng khả năng hấp thụ oxy của phổi, cho phép cơ thể hấp thụ đủ oxy hiệu quả hơn. Đồng thời, tăng cường độ đàn hồi của phổi có thể thúc đẩy sự căng thẳng của phế nang và tăng cường sức mạnh của cơ hô hấp, từ đó giúp hô hấp hiệu quả hơn. Việc tăng số lượng hồng cầu có thể tăng cường khả năng vận chuyển oxy trong máu và cải thiện hơn nữa khả năng thích ứng với môi trường bình nguyên của phổi.

 

Những thay đổi thích ứng trong quá trình trao đổi chất của cơ tim cũng đóng một vai trò quan trọng. Cơ tim là cơ quan quan trọng chịu trách nhiệm bơm máu đi khắp cơ thể, khi làm việc ở độ cao cao hơn, nó cần được cung cấp máu nhiều hơn để đối phó với tình trạng thiếu oxy. Tốc độ trao đổi chất của cơ tim ở người ở độ cao cao hơn so với người ở độ cao thấp. Sự thay đổi thích ứng này chủ yếu đạt được thông qua sự gia tăng số lượng tế bào cơ tim và thay đổi cơ chế truyền tín hiệu của tế bào cơ.

Việc tăng số lượng tế bào cơ tim giúp cải thiện khả năng bơm máu của tim, dẫn đến lượng oxy trong máu cao hơn. Thay đổi cơ chế truyền tín hiệu của tế bào cơ có thể tăng cường sức co bóp của cơ tim, cho phép tim cung cấp oxy và máu đến tất cả các bộ phận của cơ thể hiệu quả hơn.

Sở dĩ người dân ở vùng cao nguyên không dễ bị say độ cao chủ yếu là do sự thay đổi thích nghi của chức năng phổi và chuyển hóa cơ tim. Bằng cách tăng số lượng phế nang, tăng độ đàn hồi của phổi và tăng số lượng hồng cầu, phổi có thể hấp thụ và vận chuyển oxy tốt hơn. Đồng thời, những thay đổi thích ứng trong quá trình trao đổi chất của cơ tim cho phép tim cung cấp máu cho toàn cơ thể hiệu quả hơn bằng cách tăng số lượng tế bào cơ tim và thay đổi cơ chế truyền tín hiệu. Những thay đổi thích ứng này giúp người dân cao nguyên thích nghi tốt hơn với môi trường cao nguyên, giảm tỷ lệ mắc bệnh độ cao và giúp họ sống và làm việc tốt hơn ở vùng cao nguyên.

Sự tiến hóa thích nghi gen của quần thể người cao nguyên

 

Ở những vùng có độ cao lớn trên trái đất, chẳng hạn như cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng, có một nhóm người đặc biệt gọi là người cao nguyên. Sau một thời gian dài tiến hóa thích nghi, các quần thể người cao nguyên đã phát triển một loạt cơ chế điều hòa gen thích nghi với môi trường cao nguyên đặc biệt, trong đó điều hòa biểu hiện gen liên quan đến quá trình oxy hóa là đặc biệt quan trọng.

Người ta biết rằng hàm lượng oxy ở độ cao mỏng hơn so với ở độ cao thấp, điều này khiến người dân cao nguyên dễ bị thiếu oxy. Tuy nhiên, người dân vùng cao đối phó với vấn đề này một cách hiệu quả bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình oxy hóa.

 

Một con đường truyền tín hiệu cảm nhận oxy quan trọng được gọi là con đường HIF (yếu tố gây thiếu oxy) đã được điều chỉnh và tăng cường ở các quần thể cao nguyên. Con đường HIF là một cơ chế quan trọng để cơ thể thích nghi với môi trường thiếu oxy. Con đường HIF có thể điều chỉnh sự biểu hiện của một loạt gen liên quan đến các quá trình như cung cấp oxy, tạo mạch và điều hòa trao đổi chất.

Con đường HIF thường được kích hoạt ở các quần thể người cao nguyên, thể hiện các kiểu biểu hiện gen cụ thể. Ví dụ, để đáp ứng với tình trạng cung cấp oxy không đủ, gen HIF-1α thường được biểu hiện cao ở các quần thể người cao nguyên. Sự biểu hiện cao của gen HIF-1α có thể làm tăng hàm lượng huyết sắc tố và khả năng vận chuyển oxy, giúp người dân cao nguyên có khả năng đối phó tốt hơn với môi trường thiếu oxy ở độ cao.

 

Ngoài việc điều chỉnh con đường HIF, các quần thể người cao nguyên còn thể hiện sự điều hòa biểu hiện gen khác liên quan đến quá trình oxy hóa. Ví dụ, một nghiên cứu về dân số cao nguyên Tây Tạng cho thấy các gen EPAS1 và VHL, có liên quan đến khối lượng hồng cầu và nồng độ huyết sắc tố, được biểu hiện ở mức độ cao hơn ở dân số cao nguyên. Sự biểu hiện cao của các gen này có thể làm tăng số lượng và thể tích tế bào hồng cầu, từ đó tăng cường khả năng vận chuyển oxy.

Các gen liên quan đến việc sửa chữa tổn thương mô cũng thường được quy định ở các quần thể bình nguyên. Vì môi trường thiếu oxy có thể dễ dàng gây tổn thương mô nên việc điều hòa các gen này có ý nghĩa rất lớn đối với sự tồn tại của quần thể cao nguyên. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ví dụ, gen VEGF (yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu) có mức độ biểu hiện cao hơn ở quần thể cao nguyên, có thể thúc đẩy sự hình thành mạch và sửa chữa mô, từ đó nâng cao khả năng thích ứng với môi trường thiếu oxy của quần thể cao nguyên.

Sự tiến hóa thích ứng gen ở quần thể người cao nguyên không bị giới hạn ở việc điều hòa gen liên quan đến quá trình oxy hóa. Nhiều gen khác cũng đã tiến hóa để đối phó với những thách thức của môi trường đặc biệt của cao nguyên. Ví dụ, các gen liên quan đến điều hòa trao đổi chất, điều hòa hệ thống tim mạch và phản ứng miễn dịch đều có thể thể hiện sự tiến hóa thích nghi đặc biệt ở quần thể cao nguyên. Những thay đổi trong kiểu điều hòa và biểu hiện của những gen này càng thúc đẩy sự tồn tại và sinh sản của quần thể người cao nguyên ở độ cao lớn.