Воздействие большой высоты на человека - Effects of high altitude on humans

Альпинизм Mount Rainier.

В воздействие большой высоты на человека значительны. В насыщение кислородом из гемоглобин определяет содержание кислород в крови. После тело человека достигает примерно 2100 метров (6900 футов) над уровнем моря, насыщение оксигемоглобином начинает быстро уменьшаться.[1] Однако человеческое тело имеет как кратковременное, так и долгосрочные адаптации до высоты, позволяющей частично компенсировать недостаток кислорода. Есть предел уровня адаптации; альпинисты называют высоту более 8000 метров (26000 футов) зона смерти, где принято считать, что ни одно человеческое тело не может акклиматизироваться.[2][3][4][5]

Эффекты в зависимости от высоты

Человеческое тело может работать лучше всего уровень моря,[6] где атмосферное давление это 101,325 Па или 1013,25 миллибары (или 1 банкомат, по определению). В концентрация кислорода (O2) в воздухе на уровне моря составляет 20,9%, поэтому частичное давление из O2 (рО2) составляет 21,136 кПа. У здоровых людей это насыщает гемоглобин, кислородсвязывающий красный пигмент в красные кровяные тельца.[7]

Атмосферное давление уменьшается экспоненциально с увеличением высота в то время как O2 доля остается постоянной примерно до 100 км (62 миль), поэтому pO2 также экспоненциально уменьшается с высотой. Это примерно половина его значения уровня моря на высоте 5000 м (16000 футов), высоте над уровнем моря. Базовый лагерь Эвереста, и только треть на высоте 8848 м (29 029 футов), вершина гора Эверест.[8] Когда рО2 падает, тело отвечает высотная акклиматизация.[9]

Горная медицина выделяет три высотных региона, которые отражают пониженное количество кислорода в атмосфере:[10]

  • Большая высота = 1500–3 500 метров (4900–11 500 футов)
  • Очень большая высота = 3500–5 500 метров (11 500–18 000 футов)
  • Экстремальная высота = более 5 500 метров (18 000 футов)

Путешествие в каждый из этих высокогорных регионов может привести к проблемам со здоровьем из-за легких симптомов острая горная болезнь к потенциально смертельному высотный отек легких (HAPE ) и высотный отек головного мозга (HACE ). Чем выше высота, тем больше риск.[11] Доктора экспедиции обычно имеют запасы дексаметазон, чтобы лечить эти состояния на месте.[12] Исследования также указывают на повышенный риск необратимого повреждения мозга у людей, поднимающихся на высоту более 5 500 м (18 045 футов).[13]

Люди выжили в течение двух лет на высоте 5950 м (19 520 футов, 475 миллибар атмосферного давления), что является самой высокой зафиксированной постоянно допустимой высотой; самое высокое известное постоянное поселение, Ла-Ринконада, находится на высоте 5100 м (16700 футов).[14]

На высоте более 7500 м (24 600 футов, 383 миллибара атмосферного давления) сон становится очень трудным, переваривание пищи практически невозможно, и риск возникновения ВОЛС или ВОВН значительно возрастает.[11][15][16]

Зона смерти

Основная статья: Зона смерти
Саммит гора Эверест находится в зоне смерти.

В зона смерти в альпинизм, (первоначально смертельная зона) была впервые задумана в 1953 г. Эдуард Висс-Дюнан, швейцарский врач и альпинист.[17] Это относится к высоте над определенной точкой, где количество кислород недостаточно для поддержания человек жизнь в течение длительного периода времени. Эта точка обычно обозначается как 8000 м (26000 футов, менее 356 миллибар атмосферного давления).[18] Все 14 вершин в зоне смерти выше 8000 м, называемые восьмитысячники, расположены в Гималаи и Каракорум Горные хребты.

Многие смертельные случаи в высотном альпинизме были вызваны воздействием зоны смерти, либо прямой потерей жизненно важных функций, либо косвенно неправильными решениями, принятыми в условиях стресса, физическим ослаблением, приводящим к несчастным случаям. В зоне смерти человеческое тело не может акклиматизироваться. Длительное пребывание в зоне смерти без дополнительный кислород приведет к ухудшению функций организма, потере сознания и, в конечном итоге, к смерти.[2][3][4]

Долгосрочные эффекты

Основная статья: Высотная адаптация человека
Саммит K2 находится в зоне смерти.

По состоянию на 1998 год исследования показали, что около 140 миллионов человек, живущих на высоте более 2 500 метров (8 200 футов), адаптировались к более низким уровням кислорода. Эти адаптации особенно выражены у людей, живущих в Анды и Гималаи. По сравнению с акклиматизированными новичками коренные жители Анд и Гималаев имеют лучшую оксигенацию при рождении, увеличенный объем легких на протяжении всей жизни и более высокую способность к упражнениям. Тибетцы демонстрируют устойчивое увеличение мозгового кровотока, более низкую концентрацию гемоглобина и меньшую восприимчивость к хроническая горная болезнь (CMS). Эти приспособления могут отражать более длительную историю проживания на большой высоте в этих регионах.[19][20]

Более низкий смертность из сердечно-сосудистые заболевания наблюдается у жителей больших высот.[21] Аналогично зависимость доза-реакция существует между увеличением высоты и уменьшением ожирение распространенность в США.[22] Это объясняется не только миграцией.[23] С другой стороны, люди, живущие на возвышенностях, также имеют более высокий уровень самоубийство В Соединенных Штатах.[24] Корреляция между повышением уровня и риском самоубийства присутствовала даже тогда, когда исследователи учитывали известные факторы риска самоубийства, включая возраст, пол, расу и доход. Исследования также показали, что уровень кислорода вряд ли может быть фактором, учитывая, что нет никаких признаков увеличения расстройства настроения на большой высоте в тех, у кого апноэ во сне или у заядлых курильщиков на большой высоте. Причина повышенного риска суицида пока неизвестна.[24]

Акклиматизация

Человеческое тело может адаптироваться к большой высоте посредством немедленной и долгосрочной акклиматизации. На большой высоте в краткосрочной перспективе нехватка кислорода ощущается каротидные тела, что вызывает увеличение глубины и частоты дыхания (гиперпноэ ). Однако гиперпноэ также вызывает побочный эффект: респираторный алкалоз, подавляя дыхательный центр от увеличения частоты дыхания настолько, насколько это потребуется. Неспособность увеличить частоту дыхания может быть вызвана неадекватной реакцией сонной артерии или заболеванием легких или почек.[1][25]

Кроме того, на большой высоте сердце бьется быстрее; то ударный объем немного уменьшено;[26] подавляются несущественные функции организма, что приводит к снижению эффективности переваривания пищи (поскольку организм подавляет пищеварительная система в пользу увеличения его сердечно-легочных резервов).[27]

Для полной акклиматизации требуются дни или даже недели. Постепенно организм компенсирует респираторный алкалоз почечной экскрецией бикарбоната, позволяя адекватному дыханию обеспечивать кислород без риска алкалоза. Это занимает около четырех дней на любой высоте и может быть усилено такими лекарствами, как ацетазоламид.[25] В конце концов, в организме происходят физиологические изменения, такие как снижение лактат производство (потому что снижение расщепления глюкозы снижает количество образующегося лактата), уменьшилось плазма объем, увеличенный гематокрит (полицитемия ), повысился РБК масса, более высокая концентрация капилляры в скелетные мышцы ткань, увеличенная миоглобин, повысился митохондрии, повысился аэробный концентрация фермента, увеличение 2,3-БПГ, гипоксическая вазоконстрикция легких, и гипертрофия правого желудочка.[1][28] Давление в легочной артерии увеличивается, чтобы насыщать кровь кислородом.

Полная гематологическая адаптация к большой высоте достигается, когда рост красных кровяных телец достигает плато и останавливается. Продолжительность полной гематологической адаптации можно приблизительно определить, умножив высоту в километрах на 11,4 дня. Например, для адаптации к высоте 4000 метров (13000 футов) потребуется 45,6 дня.[29] Верхний предел этой линейной зависимости по высоте полностью не установлен.[5][14]

Даже при акклиматизации продолжительное пребывание на большой высоте может помешать беременность и причина ограничение внутриутробного развития или же преэклампсия.[30] Большая высота вызывает снижение притока крови к плацента, даже у акклиматизированных женщин, что препятствует развитию плода.[30] Следовательно, дети, рожденные на большой высоте, в среднем рождаются короче, чем дети, рожденные на уровне моря. [31]

Атлетические показатели

Основная статья: Высотная подготовка
Спортсмены тренируются на большой высоте в Санкт-Мориц, Швейцария (высота 1856 м или 6089 футов).

Для спортсменов большая высота оказывает на результативность два противоречивых эффекта. Для взрывоопасных видов спорта (спринт на 400 метров, прыжок в длину, тройной прыжок) снижение атмосферного давления означает меньшее сопротивление со стороны атмосферы и атлет, как правило, лучше работает на большой высоте.[32] В соревнованиях на выносливость (бег на 800 метров и более) преобладающим эффектом является снижение уровня кислорода, что обычно снижает работоспособность спортсмена на большой высоте. Спортивные организации признают влияние высоты на производительность: например, руководящий орган легкая атлетика, Мировая легкая атлетика, постановил, что характеристики, достигнутые на высоте более 1000 метров, будут одобрены для целей рекорда, но будут иметь обозначение «A», чтобы обозначить, что они были установлены на высоте. Летние Олимпийские игры 1968 года проводились на высоте в Мехико. Здесь на высоте были установлены самые короткие рекорды в спринте и прыжках. В преддверии тех Олимпийских игр были установлены и другие рекорды на высоте. Боб Бимон запись в длинный прыжок провел почти 23 года и был побежден только один раз без высоты или помощь ветра. Многие другие рекорды, установленные в Мехико, позже были побиты отметками, установленными на высоте.

Спортсмены также могут воспользоваться акклиматизацией на высоте, чтобы улучшить свои результаты.[9] Те же изменения, которые помогают организму справляться с большой высотой, увеличивают производительность на уровне моря. Однако это может быть не всегда. Любые положительные эффекты акклиматизации могут быть сведены на нет из-за эффекта выключения тренировки, поскольку спортсмены обычно не могут тренироваться с такой интенсивностью на большой высоте, как на уровне моря.[33]

Эта загадка привела к развитию режима тренировки на высоте, известного как «Live-High, Train-Low», при котором спортсмен проводит много часов в день, отдыхая и спит на одной (большой) высоте, но выполняет значительную часть своей тренировки. возможно, все это на другой (меньшей) высоте. Серия исследований, проведенных в Юте в конце 1990-х годов, показала значительный прирост результатов у спортсменов, которые следовали такому протоколу в течение нескольких недель.[33][34] Другое исследование, проведенное в 2006 году, показало, что результативность улучшается от простого выполнения некоторых тренировок на большой высоте, но при этом живя на уровне моря.[35]

Эффект от тренировок на высоте может быть связан с увеличением количества эритроцитов,[36] более эффективное обучение,[37] или изменения в физиологии мышц.[38][39]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Янг, Эндрю Дж; Ривз, Джон Т. (2002). «Адаптация человека к большой высоте над землей» (PDF). Медицинские аспекты суровых условий окружающей среды. 2. Институт Бордена, Вашингтон, округ Колумбия. CiteSeerX  10.1.1.175.3270. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-09-16. Получено 2009-01-05.
  2. ^ а б Дарак, Эд (2002). Дикие ветры: приключения в самых высоких Андах. п. 153. ISBN  978-1-884980-81-7.
  3. ^ а б Хьюи, Раймонд Б.; Эгускица, Ксавьер (2 июля 2001 г.). «Ограничения возможностей человека: повышенные риски в высокогорье». Журнал экспериментальной биологии. 204 (18): 3115–9. PMID  11581324.
  4. ^ а б Grocott, Michael P.W .; Martin, Daniel S .; Леветт, Денни З.Х .; МакМорроу, Роджер; Виндзор, Джереми; Монтгомери, Хью Э. (2009). «Газы артериальной крови и содержание кислорода у альпинистов на Эвересте» (PDF). N Engl J Med. 360 (2): 140–9. Дои:10.1056 / NEJMoa0801581. PMID  19129527.
  5. ^ а б Zubieta-Castillo, G .; Zubieta-Calleja, G.R .; Zubieta-Calleja, L .; Зубиета-Кастильо, Нэнси (2008). «Факты, доказывающие, что адаптация к жизни на экстремальной высоте (8842 м) возможна» (PDF). Адаптационная биология и медицина. 5 (Дополнение 5): 348–355.
  6. ^ Fulco, CS; Цимерман, А (1998). «Максимальное и субмаксимальное выполнение упражнений на высоте». Авиация, космос и экологическая медицина. 69 (8): 793–801. PMID  9715971.
  7. ^ «Гипоксемия (низкий уровень кислорода в крови)». Клиника Майо. В архиве с оригинала от 06.10.2012. Получено 2011-12-21.
  8. ^ «Знакомство с атмосферой». PhysicalGeography.net. Получено 2006-12-29.
  9. ^ а б Муза, SR; Fulco, CS; Цимерман, А (2004). «Гид по высотной акклиматизации». Научно-исследовательский институт армии США. Технический отчет отдела термальной и горной медицины экологической медицины (УСАРИЭМ – ТН – 04–05 ). Архивировано из оригинал на 2009-04-23. Получено 2009-03-05.
  10. ^ "Учебное пособие по высоте, не требующее врача". Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинал на 2011-06-06. Получено 22 декабря 2005.
  11. ^ а б Cymerman, A; Рок, ПБ. «Медицинские проблемы в условиях высокогорья. Справочник для медицинских работников». USARIEM-TN94-2. Научно-исследовательский институт армии США. Технический отчет отдела термальной и горной медицины экологической медицины. Архивировано из оригинал на 2009-04-23. Получено 2009-03-05. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  12. ^ Кракауэр, Джон (1999). В тонком воздухе: личный кабинет Mt. Эверест Катастрофа. Нью-Йорк: якорные книги / Doubleday. ISBN  978-0-385-49478-6.
  13. ^ Файед, N; Modrego, P.J .; Моралес, Х (2006). «Доказательства повреждения головного мозга после высотного восхождения с помощью магнитно-резонансной томографии» (PDF). Американский журнал медицины. 119 (2): 168.e1–6. Дои:10.1016 / j.amjmed.2005.07.062. PMID  16443427. Архивировано из оригинал (PDF) 22 ноября 2010 г.
  14. ^ а б Запад, JB (2002). «Высочайшее постоянное жилище человека». Высотная медицинская биология. 3 (4): 401–7. Дои:10.1089/15270290260512882. PMID  12631426.
  15. ^ Роза, MS; Хьюстон, штат Вашингтон; Fulco, CS; Коутс, G; Саттон, младший; Cymerman, A (декабрь 1988 г.). «Операция Эверест. II: Питание и состав тела». J. Appl. Физиол. 65 (6): 2545–51. Дои:10.1152 / jappl.1988.65.6.2545. PMID  3215854.
  16. ^ Кайзер, Б. (октябрь 1992 г.). «Питание и высотное воздействие». Int J Sports Med. 13 Приложение 1: S129–32. Дои:10.1055 / с-2007-1024616. PMID  1483750.
  17. ^ Висс-Дюнан, Эдуард (1953). «Акклиматизация» (PDF). Горный мир: 110–117. Получено 10 марта, 2013.
  18. ^ «Эверест: зона смерти». Новая звезда. PBS. 1998-02-24.
  19. ^ Мур, LG; Niermeyer, S; Замудио, S (1998). «Адаптация человека к высокогорью: региональные перспективы и перспективы жизненного цикла». Являюсь. J. Phys. Антрополь. 107: 25–64. Дои:10.1002 / (SICI) 1096-8644 (1998) 107: 27+ <25 :: AID-AJPA3> 3.0.CO; 2-L. PMID  9881522.
  20. ^ Мур, Лорна Дж. (Июнь 2001 г.). «Генетическая адаптация человека к большой высоте». Высотная медицина и биология. 2 (2): 257–279. Дои:10.1089/152702901750265341. PMID  11443005.
  21. ^ Фаэ, Дэвид; Гуцвиллер, Феликс; Бопп, Маттиас (2009). «Снижение смертности от ишемической болезни сердца и инсульта на больших высотах в Швейцарии». Тираж. 120 (6): 495–501. Дои:10.1161 / CIRCULATIONAHA.108.819250. PMID  19635973.
  22. ^ Voss, JD; Масуока, П; Уэббер, Би Джей; Scher, AI; Аткинсон, Р.Л. (2013). "Ассоциация возвышений, урбанизации и температуры окружающей среды с распространенностью ожирения в Соединенных Штатах". Международный журнал ожирения. 37 (10): 1407–12. Дои:10.1038 / ijo.2013.5. PMID  23357956.
  23. ^ Voss, JD; Эллисон, ДБ; Уэббер, Би Джей; Отто, JL; Кларк, LL (2014). «Снижение уровня ожирения во время проживания на большой высоте среди военного населения с частой миграцией: квазиэкспериментальная модель для исследования пространственной причинности». PLOS ONE. 9 (4): e93493. Bibcode:2014PLoSO ... 993493V. Дои:10.1371 / journal.pone.0093493. ЧВК  3989193. PMID  24740173.
  24. ^ а б Бреннер, Барри; Ченг, Дэвид; Кларк, воскресенье; Камарго, Карлос А. младший (весна 2011 г.). «Положительная связь между высотой и самоубийством в 2584 округах США». Высотная медицина и биология. 12 (1): 31–5. Дои:10.1089 / ham.2010.1058. ЧВК  3114154. PMID  21214344.
  25. ^ а б Харрис, Н. Стюарт; Нельсон, Сара В. (16 апреля 2008 г.). «Высотная болезнь - церебральные синдромы». Медицинские специальности> Скорая помощь> Экология.
  26. ^ Bärtsch, P; Гиббс, JSR (2007). «Влияние высоты на сердце и легкие». Тираж. 116 (19): 2191–2202. Дои:10.1161 / CIRCULATIONAHA.106.650796. PMID  17984389.
  27. ^ Вестертерп, Клаас (1 июня 2001 г.). «Энергетический и водный баланс на большой высоте». Новости физиологических наук. 16 (3): 134–7. Дои:10.1152 / Physiologyonline.2001.16.3.134. PMID  11443234.
  28. ^ Мартин, Д.; Виндзор, Дж (1 декабря 2008 г.). «От горы к постели: понимание клинической значимости адаптации человека к высокогорной гипоксии». Последипломный медицинский журнал. 84 (998): 622–627. Дои:10.1136 / pgmj.2008.068296. PMID  19201935.
  29. ^ Zubieta-Calleja, G.R .; Paulev, P-E .; Zubieta-Calleja, L .; Зубиета-Кастильо, Г. (2007). «Высотная адаптация через изменение гематокрита». Журнал физиологии и фармакологии. 58 (Дополнение 5 (Pt 2)): 811–18. ISSN  0867-5910.
  30. ^ а б Мур, LG; Шрайвер, М; Бемис, L; Hickler, B; и другие. (Апрель 2004 г.). «Адаптация матери к высокогорной беременности: эксперимент природы - обзор». Плацента. 25: S60 – S71. Дои:10.1016 / j.placenta.2004.01.008. PMID  15033310.
  31. ^ Бай, Калеаб; Хирвонен, Калле (2020). «Оценка линейного роста на больших высотах». JAMA Педиатрия. 174 (10): 977. Дои:10.1001 / jamapediatrics.2020.2386. PMID  32832998.
  32. ^ Уорд-Смит, AJ (1983). «Влияние аэродинамических и биомеханических факторов на выполнение прыжков в длину». Журнал биомеханики. 16 (8): 655–8. Дои:10.1016/0021-9290(83)90116-1. PMID  6643537.
  33. ^ а б Levine, BD; Стрэй-Гундерсен, Дж (июль 1997 г.). ""Жить в условиях высокой тренировки на низком уровне »: влияние акклиматизации на умеренной высоте с тренировкой на низкой высоте на производительность». Журнал прикладной физиологии. 83 (1): 102–12. Дои:10.1152 / jappl.1997.83.1.102. PMID  9216951. S2CID  827598.
  34. ^ Стрэй-Гундерсен, Дж; Чепмен, РФ; Левин, Б.Д. (сентябрь 2001 г.). ""Жизнь с высокими тренировками на малых высотах «тренировки на высоте улучшают показатели на уровне моря у элитных бегунов мужчин и женщин». Журнал прикладной физиологии. 91 (3): 1113–20. Дои:10.1152 / jappl.2001.91.3.1113. PMID  11509506.
  35. ^ Дюфур, ИП; Ponsot, E .; Zoll, J .; Doutreleau, S .; Lonsdorfer-Wolf, E .; Geny, B .; Lampert, E .; Flück, M .; Hoppeler, H .; Billat, V .; Mettauer, B .; Ричард, Р .; Лонсдорфер, Дж. (Апрель 2006 г.). «Тренировка с упражнениями при нормобарической гипоксии у бегунов на выносливость. I. Повышение аэробной работоспособности». Журнал прикладной физиологии. 100 (4): 1238–48. Дои:10.1152 / japplphysiol.00742.2005. PMID  16540709.
  36. ^ Levine, BD; Стрэй-Гундерсен, Дж (ноябрь 2005 г.). «Пункт: положительное влияние перемежающейся гипоксии (живой высокий уровень: тренировка медленнее) на выполнение упражнений опосредовано в первую очередь увеличением объема красных кровяных телец». Журнал прикладной физиологии. 99 (5): 2053–5. Дои:10.1152 / japplphysiol.00877.2005. PMID  16227463.
  37. ^ Гор, CJ; Хопкинс, WG (ноябрь 2005 г.). «Контрапункт: положительное влияние перемежающейся гипоксии (живой высокий уровень: тренировка низкий) на выполнение упражнений не опосредовано в первую очередь увеличением объема эритроцитов». Журнал прикладной физиологии. 99 (5): 2055–7, обсуждение 2057–8. Дои:10.1152 / japplphysiol.00820.2005. PMID  16227464.
  38. ^ Бигард, AX; Брюне, А; Guezennec, CY; Monod, H (1991). «Изменения скелетных мышц после тренировки на выносливость на большой высоте». Журнал прикладной физиологии. 71 (6): 2114–21. Дои:10.1152 / jappl.1991.71.6.2114. PMID  1778900.
  39. ^ Ponsot, E; Dufour, S.P .; Zoll, J .; Doutrelau, S .; N'Guessan, B .; Geny, B .; Hoppeler, H .; Lampert, E .; Mettauer, B .; Ventura-Clapier, R .; Ричард Р. (апрель 2006 г.). «Тренировка с упражнениями при нормобарической гипоксии у бегунов на выносливость. II. Улучшение митохондриальных свойств скелетных мышц». J. Appl. Физиол. 100 (4): 1249–57. Дои:10.1152 / japplphysiol.00361.2005. PMID  16339351.

внешняя ссылка