ОСОБЕННОСТИ АККЛИМАТИЗАЦИИ В ВЫСОКИХ ГОРАХ

26 марта 2012

Комментариев: 1

Автор: admin

ВЫСОТА И ЧЕЛОВЕК

При подъеме на высоту одновременно уменьшаются атмосферное давление, парциальное давление кислорода в атмосфере и легочных альвеолах, а также насыщение гемоглобина кислородом (98% О2 в крови транспортируется эритроцитами и только 2% — плазмой). Это может вызвать гипоксию (кислородное голодание) – состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей кислородом или нарушении его использования в процессе биологического окисления. Близким по смыслу является термин гипоксемия — пониженное содержание кислорода в крови. Кислород необходим для процессов окислительного фосфорилирования (синтеза аденозинтрифосфата (АТФ*); дефицит О2 нарушает протекание всех процессов в организме, зависящих от энергии АТФ: работу мембранных насосов клеток, транспортирующих ионы против градиента концентраций, синтез медиаторов и высокомолекулярных соединений — ферментов, рецепторов для гормонов и медиаторов. Если это происходит в клетках центральной нервной системы, нормальное протекание процессов возбуждения и передачи нервного импульса становится невозможным [2].

*Причиной предпочтения в условиях гипоксии, упражнений высокой интенсивности получения энергии за счет углеводов, а не более калорийных жиров является больший выход АТФ: углеводы образуют 6,3 молей АТФ/мольО2; жиры – 5,6 молей АТФ/мольО2

Высота над уровнем моря, м Атмосферное давление,
мм. рт. ст.
Парциальное давление О2в наружном воздухе
(Рнар.О2)мм. рт. ст.
Парциальное давление О2в альвеолярном воздухе легких (Ральв.О2),
мм. рт. ст.
Ральв.О2
___________
Рнар.О2
Насыщение гемоглобина кислородом, %
0 760 159 102 0,6415 96
1500 630 132 85 0,6439 94
3000 530 111 69 0,6216 90
4500 430 90 52 0,5777 82
6500 330 69 36 0,5217 65
7000 300 63 30 0,4762 60
9000 225 47 26 0,5532 50

Из приведенной таблицы можно сделать ряд выводов:
— снижение парциального давления воздуха и, соответственно, кислорода от высоты происходит нелинейно;
— степень насыщения легких кислородом по отношению к его содержания во внешнем воздухе снижается (это может быть связано с возрастанием в легких доли СО2, а в «зоне смерти» дыхание проходит уже столь интенсивно, что СО2 в легких не успевает накапливаться);
— гемоглобин способен почти на 100% насыщаться О2 при его парциальном давлении в легких 13-14%(!) от атмосферного;
— степень насыщения гемоглобина кислородом не стоит в линейной зависимости: даже тогда, когда парциальное давление кислорода в легких уменьшится вдвое, гемоглобин окажется еще насыщенным на 80%.

Благодаря удивительному свойству гемоглобина жадно присоединять к себе кислород даже при малых его давлениях оказывается возможным передвижение человека и жизнь его в высокогорье.
Легкие реагируют на недостаток кислорода сначала более глубоким дыханием (увеличением его объема):

Высота, м 0 5000 6000
V вдыхаемого воздуха, мл 715 800 1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Степень насыщения гемоглобина человека кислородом от высоты
и снижение атмосферного давления (соответственно — количества кислорода) с высотой

 

а затем уже и нарастанием частоты дыхания. При сниженной плотности воздуха естественно уменьшается и масса содержащегося в нем кислорода, т.е. происходит «снижение кислородного потолка».

Поэтому снабже­ние кислородом организма на больших высотах будет недостаточным, а теоретическая мощность выполняемой работы будет определяться степенью насыщения гемоглобина крови кислородом.
И определять, в конечном итоге, длительность акклиматизации.

По современным представлениям высоты до:
5300-5400 м – зона полной акклиматизации, когда отдых и питание полностью восстанавливают затраченную энергию здоровых людей;
5400-6000 м — зона неполной акклиматизации (нет полного восстановления даже при отдыхе);
6000-7000 м — зона адаптации (компенсаторные механизмы организма работают с большим напряжением и полное восстановление жизненных сил хоть и с трудом, но кратковременно возможно;
7000-7800 м — зона частичной, временной адаптации (организм начинает расходовать собственные резервы без возможности их пополнения. Альпинист может находиться в этой зоне до 4-5 дней;
свыше 7800 м — «зона высотной смерти» (пребывание в ней в течение 2-3 дней без кислородного аппарата вызывает быструю детериорацию (истощение).

Об этом многие знают. И все же хочется обратить внимание, что указанные состояния в этих высотных зонах подразумевают уже наличие у восходителей адекватной акклиматизации к этим высотам. Кстати: приведенный выше график объясняет почему относительно полноценный отдых возможен на высотах 4200-4400 м.

 

АККЛИМАТИЗАЦИЯ ИЗНУТРИ

Ученые выделяют в процессах адаптации:
а) «срочная» (острая, аварийная) фаза и б) «долговременная» фазы.

Краткосрочная адаптация — это быстрый ответ организма на гипоксию как на стрессирующий фактор с целью компенсации возни­кающих в организме отклонений от равновесного со­стояния. Механизмы такого ответа в организме предсуществуют и включаются «с места» при снижении содержания кислорода в артериальной крови от 80 до 50 мм рт. ст. и ниже. Некоторые авторы этот период называют «дыхательной акклиматизацией». Первая реакция организма — борьба за кислород, за поддержание его нормальной концентрации в крови. Действие гипоксии на интерорецепторы приводит к мобилизации транспортных систем. Увеличиваются частота дыхания, час­тота сердечных сокращений, минутный объем крови, количество основного переносчика кислорода — гемоглобина за счет выброса эритроцитов из депо (в первую очередь из селезенки). На первом этапе всегда наблю­дается перераспределение крови в организме, увеличение мозгового кровотока (мозговая ткань потребляет кислорода на единицу массы в 30 раз больше, чем мышечная), коронарного кровотока (может возрасти при острой гипоксии в 2-3 раза) за счет сниже­ния кровотока в других органах. Известно, что увеличение мозгового кровотока и является причиной головных болей. На этом этапе акклиматизации слабое снабжение циркулирующей кровью других органов нарушает терморегуляцию организма, повышает чувствительность к холодовым воздействиям и к инфекционным заболеваниям. Активация транспортных систем осуществляется симпатическим отделом вегетативной нервной системы. Одновременно включаются механизмы анаэробного гликолиза: норадреналин, выступающий как медиатор симпатического отдела нервной системы вместе с адреналином, как гормоном мозгового слоя надпочечников, через систему внутри­клеточных посредников активирует ключевой фермент расщепления гликогена — фосфорилазу. Краткосрочные механизмы адаптации могут быть эффективны только на относительно небольших высотах и в течение непродолжительного времени. Увели­ченная нагрузка на сердце и дыхательную мускулатуру требует дополнительного расхода энергии, то есть повышает кислородный запрос. Вследствие интенсивно­го дыхания (гипервентиляции легких) из организма интенсивно удаляется CO2. Падение его концентрации в артериальной крови ведет к ослаблению дыхания, так как именно CO2 является основным стимулятором ды­хательного рефлекса; в тканях накапливаются кислые продукты анаэробного гликолиза. Выход энергии АТФ при этом мал. Многие авторы считают, что фаза «острой акклиматизации» заканчивается к 8-12-у дню. Поэтому в дальнейшем в организме включаются механизмы долговременной адаптации, стратегия которой сводится к смещению основного поля деятельности с механизмов транспорта на механизмы утилизации кислорода, на повышение экономичности использования ресурсов, имеющихся в распоряжении организма. Долговременная адаптация – это уже структурные перестройки в организме, связанные со стимуляцией биосинтетических процессов в системах транспорта, регуляции и энергообеспечения, что увеличивает их структурный потенциал и резерв­ную мощность. Условно характер структурных изменений можно представить следующим образом:

Системы организма Характер структурных перестроек в организме
Транспортные — разрастание сосудистой сети (ангиогенез) в легких, сердце, голо­вном мозге;
— рост легочной ткани;
— увеличение количе­ства эритроцитов в крови (эритропоэз)
Регуляторные — увеличение активности фермен­тов, ответственных за синтез медиаторов и гормонов;
— увеличение числа рецепторов к ним в тканях
Энергообеспечения — увеличение числа митохондрий и ферментов окисления и фосфорилирования;
— синтез гликолитических ферментов

Разрастание сосудистой сети сердца и головного мозга создает дополнительные резервы для снабжения этих органов кислородом и энергетическими ресурсами. Увеличение емкости сосудистого русла снижает его общее сопротивление. Рост сосудистой сети в легких в сочетании с увеличением диффузионной поверхности легочной ткани обеспечивает возможность повышения газообмена. Ключевую роль в индукции эритропоэза, ангиогенеза и гликолиза играет железосодержащий белок HIF-1 (Hypoxia inducible factor), активирующийся при гипоксии [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривые поглощения и отдачи кислорода
гемоглобином животных высокогорья

 

Система крови претерпевает комплекс изменений. Общеизвестно, что на этапе долговременной акклиматизации растет число эритроцитов и содержание в них гемоглобина, повышающих кислородную емкость крови (сухое вещество эритроцита содержит до 95% гемоглобина). Повышение концентрации эритроцитов начинается со 2-3 дня и может возрастать на 40-50% к 4-й неделе пребывания в горах (доходит до 8 млн/мм3, в то время как у жителей равнины их 4,5-5 млн/мм3). Это обусловлено увеличением секреции гормонов — эритропоэтинов в красном костном мозге. Менее известно, что на этапе долговременной адаптации, помимо типичного взрослого гемоглобина (HbА) появляется эмбриональный гемоглобин (HbF), способный присоединять О2 при более низком парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе (рис.2): молодые эритроциты обладают более высоким уровнем энергообмена [4]. Да и сами молодые эритроциты имеют несколько измененную структуру, диаметр их меньше, облегчая прохождение по капиллярам. Об изменении качества самих эритроцитах говорит и повышение содержание 2,3-дифосфоглицерата (2,3-ДФГ), способствующего освобождению кисло­рода из комплекса с гемоглобином в тканях (установлено, что концентрация 2,3-ДФГ в эритроцитах у спортсменов, тренирующих выносливость, на 15-20% выше, чем у не спортсменов).
Высокогорная адаптация вызывает также рост лейкоцитов, максимум которых (+40%) достигается примерно к 40-му дню пребывания в горах.

Увеличение кислородной емкости крови дополняется повышением концентрации в миокарде и скелетных мышцах мы­шечного белка — миоглобина (Мb), способного переносить кислород в зоне более низкого парциального давления, чем гемоглобин. Увеличение мощности гликолиза в во всех тканях в процессе длительной адаптации к гипоксии оправдано энергетически, требует меньше кислорода. Поэтому начинает расти активность ферментов, расщепляющих глюкозу и гликоген, появляются новые изоформы ферментов, более соответствующие анаэробным условиям, увеличиваются запасы гликогена. Опасность сдвига pH при усилении анаэробного гликолиза предотвращается увеличением щелочного резерва крови. На этом этапе акклиматизации возрастает экономичность функцио­нирования тканей и органов, что достигается повышением числа митохондрий на единицу массы миокарда, возрастанием активности митохондриальных ферментов и скорости фосфорилирования и, как следствие, — большим выходом АТФ на единицу субстрата при одном и том же уровне потребления кислорода. В итоге увеличивается способность сердца к извлечению и использованию кислорода из протекающей крови при его низких концентрациях. Это позволяет ослабить нагрузку на транспортные системы: снижаются частота дыхания и сердцебиения, уменьшается минутный объем сердца. На высоте 3800 м ткани горца извлекают 10,2 мл О2 из каждых 100 мл крови против 6,5 мл у приехавшего в горы молодого здорового жителя равнин; на 4350 м коронарный кровоток и потребление О2 горцев на 30% экономичнее. У горцев увеличена и масса циркулирующей крови, что обусловливает возрастание ее дыхательной поверхности.

При длительном воздействии высотной гипоксии активируется синтез РНК и белка в различных отделах нервной системы и, в частности, в дыхательном центре, что обеспечивает возможность усиления дыхания при низких концентрациях СО2 в крови*; улучшается коорди­нация дыхания и кровообращения. Возрастает мощность гормональных звеньев и их экономичность — уровень основного обмена в процессе адаптации может снижаться. Установлено, что вторая фаза акклиматизации в целом завершается через три недели после начала прибытия в горы. Однако для больших высот и эта длительность акклиматизации может быть недостаточна [5].

* вероятно, указанная причина послужила поводом к приступу горной болезни при первом знакомстве с 7000 м автора статьи, имеющего при этом одну из самых низких ЧСС в группе – всего 70 уд/мин ночью на 7200.

 Составлено по материалам статьи: «Проблемы акклиматизации в горах   ̶  Олег Янчевский, г. Киев http://www.tkg.org.ua/node/11577. Редакция и дополнения   ̶ Иванченко Олег.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
1 Комментарий
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
vitiaz
vitiaz
9 лет назад

Картинка потрясающая, а вообще по моему пик Ленина переименовали, ка-то так: пик имени Абуали Сино