南極大陸原産のウェッデルアザラシが、1 時間の潜水で氷の下 400 メートルに急降下すると、さまざまな適応が集まって生き続けることができます。アザラシの心拍数が遅くなります。このペースでは、非常に大量の血液とヘモグロビンによって提供される酸素の深い蓄えをよりゆっくりと燃焼します.アザラシの筋肉は、閉じ込められた大量の酸素をミオグロビンと呼ばれる別のタンパク質から解放します。組織内で酸素レベルが不足して低酸素状態になると、細胞は心臓と脳に貯蔵された高レベルの糖グリコーゲンを使用して嫌気性代謝を開始し、酸素なしでエネルギーを生成します。アザラシの特大の肝臓には、予備のスキューバ タンクのように、酸素を豊富に含む赤血球の貯蔵庫もあります。そして、酸素レベルが人間のダイバーが意識を失うレベルを大幅に下回ると、アザラシの脳細胞に酸素を供給する静脈を細かく制御することで、アザラシは影響を受けずに泳ぐことができます。これらのシステムを組み合わせることで、アザラシは何十年にもわたって、何度も何度もダイビングを繰り返しながら、これらの極度の低酸素イベントに耐えられるようになります。
過去 1 年間、世界中の人々は、独自の極度の低酸素イベントである COVID-19 に直面してきました。違い？人体は、このような極端な酸素制限に耐えられるように作られたことはありません。人間を海に潜る海洋哺乳類と比較すると、その事実は特に顕著になります。
これは、Comparative Biochemistry and Physiology に掲載された新しい論文で研究者が行ったことです。 .彼らは、SARS-CoV-2 に感染したときに人間が直面することについて、海洋哺乳類の並外れた潜水能力がどのようなことを明らかにできるかを調べました。彼らが見つけた答えは、全体的に厳しいものでした。人間の体には、酸素レベルが低くなったときに海洋哺乳類を保護する保護手段がほとんどありません.
「海洋哺乳類は、極端な状況でそのすべての保護を提供するには、多くの組織からの多くの調整が必要であることを示しています」と、共著者であるカリフォルニア大学サンタクルーズ校のテリー・ウィリアムズ教授は述べています. 「そして、私たち人間にできる唯一のことは、酸素が危険にさらされるような状況にならないようにすることです。残念ながら、それがまさにこの病気の原因です。」
COVID-19 が人間の組織から酸素を奪う方法は、その決定的な特徴の 1 つです。ウイルスは、肺胞を含む肺の内層に侵入します。肺胞は、呼吸ごとに酸素を取り込み、血流に素早く送り込む小さな空気嚢です。免疫システムがウイルスを撃退しようとすると、肺とそれらの気嚢が炎症を起こし、液体で満たされ、酸素を血液に輸送する能力が損なわれます. COVID-19 による重症患者に関する最近の研究では、ウイルスによる呼吸不全は、他の疾患によって引き起こされる「低酸素呼吸不全と同様に管理できる」ことが示唆されています。
多くの COVID-19 患者はまた、異常な血液凝固を経験します。これは、科学者や医師がまだ説明に苦労しています。この凝固は、酸素が脳に到達するのを妨げるほど深刻であり、虚血性脳卒中を引き起こす可能性があります.脳細胞や心臓細胞は、他の種類の細胞とは異なり、酸素が不足した状態でわずか数分しか生存できず、その後死ぬ.
この低酸素のカスケードは、潜水哺乳類と人間の運動選手の両方の生理学を研究しているウィリアムズに、海洋哺乳類が以前に人間の健康問題を明らかにした方法を思い出させました。ハンドウイルカとウェッデルアザラシの心臓に関する彼女の研究は、トライアスロン選手がレースの開始時に水に入ったときに突然死亡することが多発していることを説明するのに役立ちました。運動に。これらの調査結果は、一部のレースの形式を変更するのに役立ちました。
しかし、COVID-19 に関して言えば、深海に潜る哺乳類の教訓を適用することはそれほど簡単ではありません。 「海洋哺乳類はこの素晴らしいモデルです。なぜなら、私たちには継続的な生理学的攻撃のように見える生活を送っているからです」と、セント アンドリュース大学スコットランド海洋研究所の比較解剖学研究員であるクリス マックナイトは述べています。紙で。 「しかし、それには複雑さが伴います。彼らは、それらの最適な進化的形質を発達させるのにかなり長い時間を費やしました。」
それでも、一部の研究者は、これらの形質がどのように進化して治療法を開発したかを調べています.特に、McKnight は、デューク大学の癌研究所で進行中の研究を指摘しました。デューク大学の科学者たちは、海洋哺乳類が酸素を断たれたときに肺や他の臓器に炎症を示さない理由を研究しています。これにより、人間の COVID-19 患者が酸素を血液に輸送する際に抱えている問題から保護されます。
デューク大学の助教授であり、このプロジェクトの研究者であるジェイソン・ソマレリは、クジラが低酸素症と炎症を切り離すことを可能にする遺伝子を進化によって失った可能性があるかどうかを彼のチームが研究していると電子メールで説明した.もしそうなら、人間の同じ遺伝子を人為的にオフにする薬をいつの日か開発できるかもしれません。
「それはすべて可能ですが、治療への翻訳を正しく行うことの一部は、海洋哺乳類が鍵を握っている可能性があるという考えを生物医学コミュニティに理解させることです」とMcKnightは言いました. 「最初の目的地が海洋哺乳類である人間の生物医学関係者が、探すのに適した場所として非常に多くあるとは思いません。」
ウィリアムズにとって、海洋哺乳類からの教訓は注意すべきことの 1 つである。それらは、体を低酸素症から保護するためにどれだけの進化的保護が必要であり、人間には付随する保護手段がいかに少ないかを示している。彼女は自分の論文を、そもそも人々が COVID-19 にかからないようにすることがいかに重要であるかを示す別の方法だと考えています。
Claudia Geib は、ケープコッドを拠点とする科学ジャーナリスト兼編集者です。彼女の研究は、海洋および環境科学、野生生物、人間が自然界とどのようにつながっているかをカバーしています。
参考文献
1.ウィリアムズ、T.M. &Davis, R.W. 潜水する哺乳動物の生理学的回復力:COVID-19 の症状を理解するためにクロッグの原理を使用した低酸素保護に関する洞察。 比較生化学および生理学 253 、110849 (2020).
2. Hernandez-Romieu, A.C., 他 重篤なコロナウイルス病患者の挿管のタイミングと死亡率：単一施設コホート研究。 救命救急医療 48 、e1045-e1053 (2020).
3. Galiatsatos、P. &Brodsky、R. COVIDはあなたの血液に何をしますか? Hopkinsmedicine.org (2020).
4. Szelenberger, R.、Saluk-Bijak, J.、および Bijak, M. COVID-19 感染によって引き起こされる症状の中での虚血性脳卒中。 臨床医学ジャーナル 9 、2688 (2020).
5. Williams, T.M., 他 深海での運動は、深海に潜る海洋哺乳類の徐脈と心臓異常の発生率を変化させます。 ネイチャー コミュニケーションズ 6 、6055 (2015)。
リード画像:エルダー・ヌルコビッチ / シャッターストック
