高海拔地区独特的低压缺氧环境显著影响人体健康，但人体如何适应高海拔环境（习服），以及返回低海拔后如何恢复（习服的可逆性），目前仍缺乏深入研究。近日，北京大学环境科学与工程学院及青藏高原研究院宫继成研究员与朱彤教授领衔的科研团队在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）发表题为“Human Adaptation to High Altitude: Acclimatization and Reversibility of Haemodynamics”的研究。该研究通过定组研究设计，揭示了人体在高海拔环境下通过血流动力学调节维持氧气供应，以及返回低海拔后相应生理恢复的生物学机制。值得注意的是，返回低海拔后，部分血流动力学指标表现出优于基线水平的超常恢复现象。本研究为深入理解人类高海拔生理适应机制及其健康防护策略提供了重要的科学依据。
北京大学的徐一凡博士、华乔依博士、陈悟博士为共同第一作者，宫继成研究员、朱彤教授为共同通讯作者，其他主要作者来自北京大学、西藏大学、帝国理工学院、西藏定日县医院、北京大学第三医院等单位。该研究得到了国家第二次青藏科考、西藏自治区科技计划重点研发计划项目、国家自然科学基金的资助。
全球每年有超过一亿人前往高海拔地区（海拔≥2500米），2023年西藏接待旅游人数约5500万。赴高海拔人群均面临低压缺氧带来的健康风险与低温、强紫外线等暴露。目前，大量研究聚焦于缺氧暴露数天内急性高原病及其相关生理病理机制，但对于更长时间缺氧暴露下人体产生的适应性变化，以及回到低海拔后如何恢复的生物学机制尚不清楚。人体血流动力学调控着血流分布和氧输送效率，是高海拔生理适应过程的核心环节。因此，研究其动态变化有助于揭示人体经历高海拔缺氧持续暴露后的习服机制，以及返回低海拔后的恢复机制。
本研究采用前瞻性定组研究设计（图1），招募了21名健康成年人（平均年龄32.5岁，长期居住于北京），在北京（44 m，低海拔）和珠峰地区（4300-5200米，高海拔）共完成83人次临床随访。本研究系统评估了受试者在四个关键时间点（低海拔基线期、急性高海拔暴露初期、高海拔习服期和低海拔恢复期）的血流动力学指标（如血压、脉搏波传导速度等）及低氧相关指标（如血氧饱和度、血红蛋白等）。同时，采集血样开展转录组测序，并对调控血流动力学的关键通路基因进行靶向分析，以深入探究心血管系统在不同海拔下的适应性变化及其分子机制。
图1 研究设计
研究系统揭示了人体暴露于高海拔环境后血流动力学的适应性特征，及其返回低海拔的可逆性（图2）。在急性高海拔暴露初期，受试者舒张压（DBP）显著升高11%，每搏输出量（SV）降低17%，同时心内膜下心肌活力率（SEVR）下降19%，提示心肌氧供与氧需出现失衡。随着高海拔停留时间延长（约1周），血流动力学指标逐渐趋于稳定，大部分指标恢复至接近基线水平，显示出良好的可逆性。值得注意的是，受试者返回低海拔后，脉搏波传导速度（PWV）显著下降12%，舒张压（DBP）亦下降5%。这些变化提示，短期高海拔暴露后返回低海拔环境，可能对部分血流动力学指标有改善作用。
图2 血流动力学指标随海拔的变化。第4次随访（低海拔恢复期）时脉搏波传导速度（PWV）及舒张压（DBP）相比第1次随访（低海拔基线）时显著下降。
进一步的转录组学分析揭示，人体暴露于高海拔缺氧环境时，血流动力学相关的多条通路呈现出激活（activation）与抑制（counterbalance）并存的状态。例如，参与血管与心肌收缩和舒张的基因表达均上调；同时，促氧化酶与抗氧化酶的基因表达亦同步上调。这表明机体通过一种拮抗性、代偿性的调节机制来驱动对高海拔缺氧环境的适应过程。部分基因表达的变化随高海拔暴露时间延长而更为显著，提示生理适应性调节逐步强化。当受试者返回低海拔后，相关基因表达恢复至基线水平，与血流动力学指标的变化趋势一致，体现了机体对短期高海拔生理应激具有可逆的恢复能力（图3-4）。
本研究通过血流动力学分析，揭示了人体高海拔生理适应及返回低海拔后恢复的生物学机制。基于此开展靶向干预研究，有望为急进高海拔人群开发新的健康防护策略提供科学依据。
图3 血流动力学调控通路的基因表达水平随海拔的变化
图4 血流动力学调控通路在高海拔的代偿性变化
论文链接：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf203
