На эффектах большой высоты на человеке значительны. Насыщение кислорода из гемоглобина определяет содержание кислорода в крови. После того, как человеческое тело достигает высоты 2100 метров (6900 футов) над уровнем моря, насыщение оксигемоглобином начинает быстро уменьшаться. [1] Однако человеческое тело имеет как краткосрочную, так и долгосрочную адаптацию к высоте, которая позволяет ему частично компенсировать недостаток кислорода. Есть предел уровня адаптации; альпинисты называют высоту более 8000 метров (26000 футов) зоной смерти , где обычно считается, что ни одно человеческое тело не может акклиматизироваться.. [2] [3] [4] [5]
Эффекты в зависимости от высоты
Человеческое тело может работать наилучшим образом на уровне моря , [6] , где атмосферное давление составляет 101325 Па или 1013.25 миллибар (или 1 атм , по определению). Концентрация кислорода (O 2 ) в уровне моря воздуха 20,9%, так что парциальное давление из O 2 (PO 2 ) составляет 21,136 кПа. У здоровых людей это насыщает гемоглобин , красный пигмент, связывающий кислород в красных кровяных тельцах . [7]
Атмосферное давление экспоненциально уменьшается с высотой, в то время как доля O 2 остается постоянной примерно до 100 км (62 миль), поэтому pO 2 также экспоненциально уменьшается с высотой. Это примерно половина его значения уровня моря на высоте 5000 м (16000 футов), высота базового лагеря Эвереста , и только треть на высоте 8848 м (29 029 футов), вершине горы Эверест . [8] Когда pO 2 падает, организм реагирует акклиматизацией к высоте . [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, от легких симптомов острой горной болезни до потенциально смертельного высотного отека легких ( HAPE ) и высокогорного отека мозга ( HACE ). Чем выше высота, тем больше риск. [11] Экспедиционные врачи обычно имеют запас дексаметазона для лечения этих заболеваний 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 головного мозга или головного мозга значительно возрастает. [11] [15] [16]
Зона смерти
Зона смерти в альпинизме (первоначально смертельная зона ) была впервые задумана в 1953 году Эдуардом Висс-Дюнаном , швейцарским врачом и альпинистом. [17] Это относится к высотам над определенной точкой, где количества кислорода недостаточно для поддержания жизни человека 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, называемых восьмитысячниками , расположены в горных хребтах Гималаев и Каракорум .
Многие случаи смерти в высотном альпинизме были вызваны воздействием зоны смерти, либо непосредственно из-за потери жизненно важных функций, либо косвенно из-за неправильных решений, принятых в условиях стресса или физического ослабления, приводящего к несчастным случаям. В зоне смерти человеческое тело не может акклиматизироваться. Продолжительное пребывание в зоне смерти без дополнительного кислорода приведет к ухудшению функций организма, потере сознания и, в конечном итоге, к смерти. [2] [3] [4]
Долгосрочные эффекты
По состоянию на 2021 год исследования показали, что около 81,6 миллиона человек, живущих на высоте более 2500 метров (8200 футов), адаптировались к более низким уровням кислорода. [19] Эти адаптации особенно ярко выражены у людей, живущих в Андах и Гималаях . По сравнению с акклиматизированными новичками, коренное население Анд и Гималаев имеет 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 подверженность хронической горной болезни (ХГБ). Эти адаптации могут отражать более длительную историю проживания в этих регионах на больших высотах. [20] [21]
Более низкий уровень смертности от сердечно-сосудистых заболеваний наблюдается у жителей больших высот. [22] Аналогичным образом существует взаимосвязь "доза-реакция" между увеличением и уменьшением распространенности ожирения в Соединенных Штатах. [23] Это объясняется не только миграцией. [24] С другой стороны, люди, живущие на возвышенности, также имеют более высокий уровень самоубийств в Соединенных Штатах. [25] Корреляция между повышением квалификации 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 повышенных расстройств настроения на большой высоте у людей с апноэ во сне или у заядлых курильщиков на большой высоте. Причина повышенного риска суицида пока неизвестна. [25]
Акклиматизация
Человеческое тело может адаптироваться к большой высоте за счет как немедленной, так и долгосрочной акклиматизации. На большой высоте сонными телами в краткосрочной перспективе ощущается нехватка кислорода , что вызывает увеличение глубины и частоты дыхания ( гиперпноэ ). Однако гиперпноэ также вызывает неблагоприятный эффект респираторного алкалоза , не позволяя дыхательному центру увеличивать частоту дыхания настолько, насколько это необходимо. Неспособность увеличить частоту дыхания может быть вызвана неадекватной реакцией сонной артерии или заболеванием легких или почек. [1] [26]
К тому же на большой высоте сердце бьется быстрее ; ударный объем незначительно уменьшается; [27], и второстепенные функции организма подавляются, что приводит к снижению эффективности переваривания пищи (поскольку организм подавляет пищеварительную систему в пользу увеличения ее сердечно-легочных резервов). [28]
Для полной акклиматизации требуются дни или даже недели. Постепенно организм компенсирует респираторный алкалоз за счет почечной экскреции бикарбоната, позволяя адекватному дыханию обеспечивать кислород без риска алкалоза. Это занимает около четырех дней на любой высоте и может быть усилено лекарствами, такими как ацетазоламид . [26] В конце концов, организм претерпевает физиологические изменения, такие как снижение выработки лактата (поскольку снижение расщепления глюкозы снижает количество образующегося лактата), уменьшение объема плазмы , повышение гематокрита ( полицитемия ), увеличение массы эритроцитов , повышение концентрации капилляров в скелетных мышцах. ткани, увеличение миоглобина , увеличение митохондрий , повышение концентрации аэробных ферментов, увеличение 2,3-BPG , гипоксическая легочная вазоконстрикция и гипертрофия правого желудочка . [1] [29] 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. [30] Верхний предел высоты этой линейной зависимости полностью не установлен. [5] [14]
Даже при акклиматизации продолжительное пребывание на большой высоте может помешать беременности и вызвать задержку внутриутробного развития или преэклампсию . [31] Большая высота вызывает снижение кровотока к плаценте даже у акклиматизированных женщин, что препятствует развитию плода. [31] Следовательно, дети, рожденные на большой высоте, в среднем рождаются короче, чем дети, рожденные на уровне моря. [32]
Атлетические показатели
Для спортсменов большая высота оказывает два противоречивых эффекта на результативность. 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. [33] 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 производительности, например, руководящий орган для спорта по легкой атлетике , мир по легкой атлетике , постановила , что результаты , достигнутые на высоту более 1000 метров будут утверждены для целей учета, но несут обозначения " А "для обозначения, что они были установлены на высоте. Летние Олимпийские игры 1968 года проводились на высоте в Мехико . На высоте были установлены самые короткие рекорды в спринте и прыжках. В преддверии тех Олимпийских игр были установлены и другие рекорды на высоте. Рекорд Боба Бимона в прыжках в длину держался почти 23 года и был побит только один раз без помощи высоты или 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 так бывает не всегда. Любые положительные эффекты акклиматизации могут быть сведены на нет эффектом выключения тренировки, поскольку спортсмены обычно не могут тренироваться с такой интенсивностью на больших высотах, как на уровне моря. [34]
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. [34] [35] 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. [36]
Эффект повышения производительности высотных тренировок может быть связан с увеличением количества эритроцитов [37], более эффективными тренировками [38] или изменениями в физиологии мышц. [39] [40]
Смотрите также
- 1996 Катастрофа на Эвересте
- Авиакатастрофа в Южной Дакоте в 1999 году
- Катастрофа K2 2008 года
- 2,3-бисфосфоглицериновая кислота , адаптация к хронической гипоксии
- Высотная болезнь
- Высотная палатка
- Предел Армстронга , высота / давление, при которых вода кипит в легких при температуре тела
- Авиационная медицина
- Сумка Gamow
- Рейс 522 авиакомпании Helios Airways
- Высотная адаптация
- Полемика о высотном футболе
- Гипоксемия
- Гипоксия (медицинская)
- Среда обитания на Марсе
- Организмы на большой высоте
- Кривая диссоциации кислород-гемоглобин
Рекомендации
- ^ a b 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 оригинального (PDF) 16 сентября 2012 года . Проверено 5 января 2009 .
- ^ а б Дарак, Эд (2002). Дикие ветры: приключения в самых высоких Андах . п. 153. ISBN. 978-1-884980-81-7.
- ^ 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. DOI : 10,1242 / jeb.204.18.3115 . PMID 11581324 .
- ^ а б Грокотт, Майкл П.В.; Мартин, Дэниел С .; Леветт, Денни Ж. 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. DOI : 10.1056 / NEJMoa0801581 . PMID 19129527 .
- ^ а б Zubieta-Castillo, G .; Zubieta-Calleja, GR; 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.
- ^ Fulco, CS; Цимерман, А (1998). «Максимальное и субмаксимальное выполнение упражнений на высоте». Авиационная, космическая и экологическая медицина . 69 (8): 793–801. PMID 9715971 .
- ^ «Гипоксемия (низкий уровень кислорода в крови)» . Клиника Майо. Архивировано 06.10.2012 . Проверено 21 декабря 2011 .
- ^ «Знакомство с атмосферой» . PhysicalGeography.net . Проверено 29 декабря 2006 .
- ^ 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 ( USARIEM – TN – 04–05 ). Архивировано из оригинала на 2009-04-23 . Проверено 5 марта 2009 .
- ^ «Учебное пособие для специалистов по высоте» . Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинала 2011-06-06 . Источник +22 Декабрь 2 005 .
- ^ 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 оригинала на 2009-04-23 . Проверено 5 марта 2009 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Кракауэр, Джон (1999). В тонком воздухе: личный кабинет Mt. Бедствие на Эвересте . Нью-Йорк: Якорные книги / Doubleday. ISBN 978-0-385-49478-6.
- ^ Файед, N; Modrego, PJ; Моралес, Х (2006). «Доказательства повреждения мозга после высотного восхождения с помощью магнитно-резонансной томографии» (PDF) . Американский журнал медицины . 119 (2): 168.e1–6. DOI : 10.1016 / j.amjmed.2005.07.062 . PMID 16443427 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 ноября 2010 года.
- ^ а б Запад, JB (2002). «Высочайшее постоянное жилище человека». Высотная медицинская биология . 3 (4): 401–7. DOI : 10.1089 / 15270290260512882 . PMID 12631426 .
- ^ Роза, MS; Хьюстон, штат Калифорния; Fulco, CS; Коутс, G; Саттон, младший; Cymerman, A (декабрь 1988 г.). «Операция Эверест. II: Питание и состав тела». J. Appl. Physiol . 65 (6): 2545–51. DOI : 10.1152 / jappl.1988.65.6.2545 . PMID 3215854 .
- ^ Кайзер, Б. (октябрь 1992 г.). «Питание и высотное воздействие». Int J Sports Med . 13 Приложение 1: S129–32. DOI : 10,1055 / с-2007-1024616 . PMID 1483750 .
- ^ Висс-Дюнан, Эдуард (1953). «Акклиматизация» (PDF) . Горный мир : 110–117 . Проверено 10 марта 2013 года .
- ^ «Эверест: зона смерти» . Nova . PBS. 1998-02-24.
- ^ Tremblay, JC; Эйнсли, П.Н. (2021 г.). «Глобальные и страновые оценки численности населения на большой высоте» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 118 (18): e2102463118. DOI : 10.1073 / pnas.2102463118 . PMC 8106311 . PMID 33903258 .
- ^ Мур, LG; Niermeyer, S; Замудио, S (1998). «Адаптация человека к высокогорью: региональные перспективы и перспективы жизненного цикла». Являюсь. J. Phys. Антрополь . 107 : 25–64. DOI : 10.1002 / (SICI) 1096-8644 (1998) 107: 27+ <25 :: AID-AJPA3> 3.0.CO; 2-L . PMID 9881522 .
- ^ Мур, Лорна Дж. (Июнь 2001 г.). «Генетическая адаптация человека к большой высоте». Высотная медицина и биология . 2 (2): 257–279. DOI : 10.1089 / 152702901750265341 . PMID 11443005 .
- ^ 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. DOI : 10.1161 / CIRCULATIONAHA.108.819250 . PMID 19635973 .
- ^ 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. DOI : 10.1038 / ijo.2013.5 . PMID 23357956 .
- ^ Voss, JD; Эллисон, ДБ; Уэббер, Би Джей; Отто, JL; Кларк, LL (2014). «Снижение уровня ожирения во время проживания на большой высоте среди военнослужащих с частой миграцией: квази-экспериментальная модель для исследования пространственной причинности» . PLOS ONE . 9 (4): e93493. Bibcode : 2014PLoSO ... 993493V . DOI : 10.1371 / journal.pone.0093493 . PMC 3989193 . PMID 24740173 .
- ^ 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. DOI : 10,1089 / ham.2010.1058 . PMC 3114154 . PMID 21214344 .
- ^ а б Харрис, Н. Стюарт; Нельсон, Сара В. (16 апреля 2008 г.). «Высотная болезнь - церебральные синдромы» . EMedicine Specialities> Emergency Medicine> Environmental .
- ^ Bärtsch, P; Гиббс, JSR (2007). «Влияние высоты на сердце и легкие» . Тираж . 116 (19): 2191–2202. DOI : 10.1161 / CIRCULATIONAHA.106.650796 . PMID 17984389 .
- ^ Вестертерп, Клаас (1 июня 2001 г.). «Энергетический и водный баланс на большой высоте». Новости физиологических наук . 16 (3): 134–7. DOI : 10.1152 / Physiologyonline.2001.16.3.134 . PMID 11443234 .
- ^ Мартин, Д.; Виндзор, Дж (1 декабря 2008 г.). «От горы к постели: понимание клинической значимости адаптации человека к высотной гипоксии» . Последипломный медицинский журнал . 84 (998): 622–627. DOI : 10.1136 / pgmj.2008.068296 . PMID 19201935 .
- ^ Zubieta-Calleja, GR; Паулев, ЧП .; 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 .
- ^ а б Мур, LG; Шрайвер, М; Бемис, Л; Hickler, B; и другие. (Апрель 2004 г.). «Адаптация матери к высокогорной беременности: эксперимент природы - обзор». Плацента . 25 : S60 – S71. DOI : 10.1016 / j.placenta.2004.01.008 . PMID 15033310 .
- ^ Бай, Калеаб; Хирвонен, Калле (2020). «Оценка линейного роста на больших высотах» . JAMA Pediatrics . 174 (10): 977–984. DOI : 10,1001 / jamapediatrics.2020.2386 . PMC 7445632 . PMID 32832998 .
- ^ Уорд-Смит, AJ (1983). «Влияние аэродинамических и биомеханических факторов на выполнение прыжков в длину». Журнал биомеханики . 16 (8): 655–8. DOI : 10.1016 / 0021-9290 (83) 90116-1 . PMID 6643537 .
- ^ а б Levine, BD; Стрэй-Гундерсен, Дж (июль 1997 г.). « « Жить на высоких тренировках »: влияние средневысотной акклиматизации с низковысотными тренировками на работоспособность». Журнал прикладной физиологии . 83 (1): 102–12. DOI : 10.1152 / jappl.1997.83.1.102 . PMID 9216951 . S2CID 827598 .
- ^ Стрэй-Гундерсен, Дж; Чепмен, РФ; Левин, Б.Д. (сентябрь 2001 г.). « Высотная тренировка для « высоких тренировок »на высоте улучшает результаты на уровне моря у элитных бегунов мужчин и женщин» Журнал прикладной физиологии . 91 (3): 1113–20. DOI : 10.1152 / jappl.2001.91.3.1113 . PMID 11509506 .
- ^ 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. DOI : 10.1152 / japplphysiol.00742.2005 . PMID 16540709 .
- ^ Levine, BD; Стрэй-Гундерсен, Дж (ноябрь 2005 г.). «Пункт: положительное влияние перемежающейся гипоксии (живой высокий уровень: тренировка на низком уровне) на выполнение упражнений опосредовано, в первую очередь, увеличением объема красных кровяных телец». Журнал прикладной физиологии . 99 (5): 2053–5. DOI : 10.1152 / japplphysiol.00877.2005 . PMID 16227463 .
- ^ Гор, CJ; Хопкинс, WG (ноябрь 2005 г.). «Контрапункт: положительное влияние перемежающейся гипоксии (живой высокий уровень: низкий уровень тренировки) на выполнение упражнений не опосредовано в первую очередь увеличением объема красных кровяных телец». Журнал прикладной физиологии . 99 (5): 2055–7, обсуждение 2057–8. DOI : 10.1152 / japplphysiol.00820.2005 . PMID 16227464 .
- ^ 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. DOI : 10.1152 / jappl.1991.71.6.2114 . PMID 1778900 .
- ^ Ponsot, E; Дюфур, ИП; Zoll, J .; Doutrelau, S .; N'Guessan, B .; Geny, B .; Hoppeler, H .; Lampert, E .; Mettauer, B .; Ventura-Clapier, R .; Ричард Р. (апрель 2006 г.). «Тренировки при нормобарической гипоксии у бегунов на выносливость. II. Улучшение митохондриальных свойств в скелетных мышцах». J. Appl. Physiol . 100 (4): 1249–57. DOI : 10.1152 / japplphysiol.00361.2005 . PMID 16339351 .
Внешние ссылки
- Наука о тренировке на высоте
- Носек, Томас М. «Раздел 4 / 4ч7 / с4ч7_32» . Основы физиологии человека . Архивировано из оригинала на 2016-03-24.
- ИППА , Институт высотной патологии.