缺氧环境下动物更为长寿？低氧环境如何激发身体的潜能与适应力

1774年英国化学家约瑟夫·普里斯特利通过一个大凸透镜，把阳光聚焦起来，加热氧化汞，用排水集气法收集产生的气体，并研究了这种气体的性质。他发现蜡烛在这种气体中以极强的火焰燃烧，老鼠在瓶中存活时间为相同容积的普通空气的两倍。

同年，普里斯特利将氧气的制法和性质告诉拉瓦锡。后者重复了这些实验，指出普里斯特利制出的气体不是“脱燃素空气”，而是能够助燃的——氧气。

法国化学家：安托万-洛朗·拉瓦锡

很遗憾，约瑟夫·普里斯特利并没能揭开氧气的真面目，但是后来的科学家们循着前人的足迹继续探索逐渐让氧气不再神秘。

缺氧的危害

氧气对生命的意义至关重要，缺氧对身体的危害是多方面的，大脑和心脏对氧含量极为敏感，因此，缺氧对神经系统和心血管系统的危害尤为明显。

低氧的益处

低氧造成的缺氧症状对机体的危害往往为人所熟知，有趣的是，对低氧的适应可能对机体是有益的。有相关研究表明，缺氧环境下无论实验动物还是野生动物，均表现得更为长寿。西藏地区100岁以上的长寿老人比率也较平原汉族高，且西藏地区老人的相对死亡率要低于平原汉族老人。这与在另一高海拔人群安第斯山土著居民中发现的“长寿村”遥相呼应。

这一高寿特征很可能源自遗传差异：与衰老相关的基因无论是在藏族人群还是青藏高原家养动物中均表现出快速进化，藏族人群长寿的诱因可能是高原低氧。

当携带氧气的含量发生变化时，细胞必须对此做出反应，过低或过高的氧含量都会给生物体带来重大挑战。过量的氧气会形成活性氧而具有毒性，在生理条件下，细胞更多时候遇到的是低氧状态，通过对氧气的生物感应，细胞的新陈代谢会随着氧气含量改变以适应低氧环境。例如，剧烈运动时，肌肉中的适应性过程包括新血管的产生和红细胞的生成，红细胞通过氧依赖性代谢调节来响应体外低氧，该适应过程保证了剧烈运动中肌肉的氧气供应。

“低氧预适应”（hypoxic preconditioning，HPC）是指通过预先暴露短时间的、亚致死性的低氧刺激，或短时间的低温以及其他中度压力效应，可以增加机体对随后严重低氧的抵抗。它是一种内源性细胞保护机制，这种现象可发生于心脏、大脑、肾和肝脏等器官。

早期观察与探索

1950年代：前苏联中长跑运动员在高加索1800m高原训练基地进行训练，随后在墨尔本奥运会上取得了优异成绩。这一观察结果初步显示了高原训练（即低氧环境训练）对运动员体能提升的潜在益处。

在医学领域，科学家们开始观察机体在低氧环境下的生理反应。他们发现，当机体处于低氧状态时，会触发一系列的保护机制来应对缺氧的挑战。这些机制包括增加红细胞数量、提高血红蛋白浓度、增强心肺功能等，旨在提高机体对氧气的利用效率和耐受能力。

理论提出与科学研究

1927年，霍尔丹认为“组织细胞对缺氧的获得性耐受性”是在进化过程中形成的。

1963年，中国低氧预适应创始人吕国蔚提出其为“组织细胞对缺氧的适应”。由于大脑本身的高耗氧率，对氧气浓度的变化最为敏感。因此，在低氧期间，大脑利用关键的适应性机制得以生存并保持体内平衡。

动物实验的证据

HPC的神经保护作用研究始于1986年，自发现以来便备受重视。有报道称，缺氧预处理可抑制新生儿脑损伤中的神经胶质活化和神经炎症。研究者使用新生儿的缺氧缺血性脑损伤模型，在7日龄大鼠和体外缺氧模型评估低氧和低氧预处理对胶质细胞激活的影响，发现缺氧预处理可显著减弱神经胶质的激活，并产生强大的神经保护作用。

同样，体外实验表明，暴露于0.5%的氧气4 h会引起神经胶质炎性反应。在低氧损伤之前24 h暴露于短暂的（0.5 h）缺氧可明显缓解这种反应。另有研究表明，缺氧预处理可显著减轻低氧伤（hypoxia- injury），并显著改善H/I后35 d的感觉运动和认知功能。

随后，科学家们开始在其他器官和组织中探索预适应现象。他们发现，预适应不仅存在于神经系统，还广泛存在于肝、肾、脑等组织和细胞中。这些研究进一步扩展了低氧预适应的应用范围和研究领域。

实践应用与发展

现有的科研工作者在前人的基础上进一步评估动物对缺氧的耐受性。有研究者将小鼠放在一个密封的低氧舱中，创造缺氧的环境。通过控制舱体的氧气浓度和低氧暴露时间来创建一个低氧预适应过程，这导致了机体的“自动缺氧”，通过多次短时间的缺氧暴露来研究缺氧预适应对生理的影响。

同时，多项国际顶级期刊的研究结果支持了低氧预适应在心脑血管疾病防治中的有效性。例如，对于缺血性脑卒中患者，联合双上肢远隔缺血适应训练能显著降低脑卒中复发率并改善脑组织血流灌注和代谢。

低氧预适应机制的研究将为低氧预适应成为临床治疗手段和高原、航天、航海等极端条件下作业的细胞保护提供新思路和新策略。

那么，常规实验室如何模拟缺氧环境，如何创建合适的动物低氧预适应模型？

玉研仪器通过自主研发的氧浓度控制系统，可提供专业的一体化模型构建方案。专业工程师以及售后服务团队可协助解决实验中遇到的问题，为您的实验保驾护航。

氧浓度控制主机：

暴露箱：

均一稳定：稳定暴露箱配备两个回流风扇，保障箱体内各暴露位置的氧气浓度均匀一致。

定制服务：定制暴露箱尺寸，数控型加热器或制冷器，来改变箱体内的温度，温度控制范围：室温±5°C。

Partial user list

Partially published literature

Recommended reading

成立于2010年，是集研发、生产、销售于一体的高新技术企业，专业服务于基础医学、生命科学领域，为国内科研人员提供先进的研究设备、技术手段和专业服务。

玉研仪器以专业的服务团队为依托，审慎的科研态度为标准，不懈努力，打造专注实验仪器供货及服务体系。目前公司产品主要围绕动物科研范畴，涵盖生理学、药理学、毒理学、神经科学等多个领域。更多产品信息，欢迎来电咨询021-35183767。

扫码关注玉研