High-altitude adaptation in modern human

Łabędzka Monika (2016) Adaptacje do życia na dużych wysokościach u człowieka współczesnego. Praca licencjacka pod kierunkiem dr hab. Elżbiety Haduch prof. UJ, Kraków, Zakład Antropologii, Instytut Zoologii UJ. 27 s., 37 poz. bibl. Przebywanie w warunkach wysokogórskich wiąże się z narażeniem na liczne czynniki stresowe, w szczególności stres hipoksji. Wywołują one szereg reakcji organizmu, utrudniających prawidłowe funkcjonowanie, a nawet zagrażających życiu. Szacuje się, iż ponad 140 milionów ludzi mieszka na wysokości powyżej 2500 metrów nad poziomem morza. Populacje te zasiedlają tereny w Tybecie, Górach Skalistych, Andach i na Wyżynie Abisyńskiej w Etiopii. Każda z nich wykształciła odmienną drogę adaptacji, umożliwiającą życie i rozród na wysokości. Zmiany dotyczą w szczególności układu oddechowego, układu krążenia, ale także proporcji ciała i układu rozrodczego. Mieszkańcy Andów mają wyższe stężenie hemoglobiny we krwi w porównaniu do mieszkańców terenów nizinnych. Nie wykazują przyspieszenia wentylacji płuc. Obserwuje się u nich spowolniony wzrost ciała i przyspieszony wzrost objętości płuc, co przekłada się na charakterystyczny kształt sylwetki. W trakcie ciąży obserwowane jest zwiększenie dopływu tlenu do łożyska. Adaptacja Andyjczyków uważana jest za niekompletną, gdyż nie osiągnęła poziomu genetycznego. W populacji obserwowane jest nadciśnienie płucne, a osobniki w podeszłym wieku zapadają na chorobę wysokościową. U Tybetańczyków adaptacje osiągnęły poziom genetyczny i są one bardziej optymalne, prawdopodobnie ze względu na dłuższy czas rezydowania na wysokości. Nie dochodzi do podwyższenia poziomu hemoglobiny, wzmożona jest jednak wentylacja płuc. Obserwuje się u nich podwyższenie stężenia tlenku azotu, który ma działanie wazodylatacyjne. W trakcie ciąży wykazano zwiększenie przepływu krwi w tętnicach macicznych i zwiększenie dopływu tlenu do łożyska i macicy. W porównaniu do kobiet Han zamieszkałych na tym samym terenie stosunkowo krótko, zwiększona jest masa urodzeniowa niemowląt. Badania wykazały także zwiększenie zagęszczenia kapilar w mięśniach. W populacjach etiopskich, Oromo i Amhara, nie zaobserwowano podwyższenia tempa respiracji, podwyższonego poziomu tlenku azotu, hemoglobiny, ani wyższej saturacji krwi tlenem. Mimo to, nie występuje u nich niedotlenienie, czego przyczyny są jeszcze nieznane. Przeprowadzono liczne badania, w których poszukiwano podstaw genetycznych adaptacji wysokogórskiej. W populacji tybetańskiej wyróżniono selekcję naturalną na czynnik transkrypcyjny EPAS1, związany z reakcją na niedotlenienie oraz geny EGLN1 i PPARA, które powiązane są z obniżonym poziomem hemoglobiny. W Andach nie wykazano powiązania między EPAS1 a koncentracją hemoglobiny. Warianty genów powiązanych z hemoglobiną w populacji tybetańskiej nie oddziałują na tę cechę w populacji etiopskiej. Znaleziono u nich natomiast sygnały w obrębie genu RORA, związanego z HIF oraz zróżnicowanie częstości alleli w genach związanych z kontrolą cyklu komórkowego oraz naprawą DNA. Dalsze badania będą konieczne dla lepszego zrozumienia fizjologii oraz podstaw genetycznych adaptacji wysokogórskich.

Łabędzka Monika (2016) High-altitude adaptation in modern human. Bachelor's thesis supervised by dr hab. Elżbieta Haduch prof. UJ, Kraków, Department of Anthropology, Instytute of Zoology UJ. 27 pages, 37 bibliographical entries.Living in high altitudes is associated with exposure to various stress factors, especially stress of hypoxia. They cause numerous reactions of the organism, causing impaired functioning and they can be life-threatening. It is estimated that over 140 million people live at altitudes above 2500 meters. These populations inhabit areas in Tibet, the Rocky Mountains, the Andes and in Ethiopia. Each of them has developed a different way of adaptation, enabling life and reproduction in high-altitude conditions. The changes are observed in particular in respiratory system, cardiovascular system, body proportions and reproductive system. The inhabitants of the Andes have a higher concentration of hemoglobin in the blood compared to lowlanders. They do not show increased ventilation. Slower body growth and accelerated growth of lung volume are observed in this population. During pregnancy, increased oxygen flow to the placenta is observed. Andean adaptation is considered to be incomplete, as it does not reach genetic level, and many cases of pulmonary hypertension and mountain sickness are observed in the population. In Tibetans, adaptations reached genetic level and are considered to be more optimal. They probably developed due to the longer residence time at high altitude. There is no increase in hemoglobin level, however, increased ventilation is observed. Elevated levels of nitric oxide, which is a vasodilator, are also observed. During pregnancy, blood flow to the uterine arteries is increased, supplying more oxygen to placenta and uterus. Increased birth weight is observed compared to Han mothers living at the same altitude. Studies also showed an increase in density of capillaries in muscles. Ethiopian populations, Oromo and Amhara, were not reported to have increased ventilation, elevated levels of nitric oxide and hemoglobin, or higher oxygen saturation. Yet, they do not show signs of hypoxia, causes of which are still unknown. There have been numerous studies searching for the genetic basis of high-altitude adaptation. In Tibetans, there was distinguished natural selection in EPAS1, transcription factor associated with the response to hypoxia, also in EGLN1 and PPAR genes, associated with reduced hemoglobin levels. In Andeans there was no link between EPAS1 and the concentration of hemoglobin. Variants associated with hemoglobin in Tibetan population have no effect on the trait in Ethiopians. In this population, signals in RORA gene, associated with HIF were found. There is also differentiation of allele frequencies in genes associated with cell-cycle control and DNA repair. Further studies will be necessary to better understand physiology and genetic basis of high-altitude adaptation.