Влияние высоты на организм человека
Из курса физики хорошо известно, что с повышением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает. Если до высоты 500 метров никаких значительных изменений этого показателя не наблюдается, то при достижении 5000 метров атмосферное давление уменьшается почти вдвое. С уменьшением атмосферного давления падает и парциальное давление кислорода в воздушной смеси, что моментально сказывается на работоспособности человеческого организма. Механизм этого воздействия объясняется тем, что насыщение крови кислородом и его доставка к тканям и органам осуществляется за счёт разности парциального давления в крови и альвеолах лёгких, а на высоте эта разница уменьшается.
| Барометрическое давление в мм | 760 | 720 | 480 | 432 | 385 | 335 | 288 | 240 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Высота, соответствующая давлению в мм | 0 | 500 | 3500 | 4500 | 5400 | 6500 | 7700 | 8900 |
| Давление кислорода в мм | 160 | 152 | 100 | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 |
| Насыщенность крови кислородом в % | 100 | 96 | 94 | 93 | 92 | 90 | 88 | 82 |
До высоты в 3500 — 4000 метров организм сам компенсирует нехватку кислорода, поступающего в лёгкие, за счёт учащения дыхания и увеличения объёма вдыхаемого воздуха (глубина дыхания). Дальнейший набор высоты, для полной компенсации негативного воздействия, требует использования лекарственных средств и кислородного оборудования (кислородный баллон).
Кислород необходим всем органам и тканям человеческого тела при обмене веществ. Его расход прямо пропорционален активности организма. Нехватка кислорода в организме может привести к развитию горной болезни, которая в предельном случае — отёке мозга или лёгких — может привести к смерти. Горная болезнь проявляется в таких симптомах, как: головная боль, отдышка, учащённое дыхание, у некоторых болезненные ощущения в мышцах и суставах, снижается аппетит, беспокойный сон и т. д.
Переносимость высоты очень индивидуальный показатель, определяемый особенностями обменных процессов организма и тренированностью.
Большую роль в борьбе с негативным влиянием высоты играет акклиматизация, в процессе которой организм учится бороться с недостатком кислорода.
- Первой реакцией организма на понижение давления является учащение пульса, повышение кровяного давления и гипервентиляция лёгких, наступает расширение капилляров в тканях. В кровообращение включается резервная кровь из селезёнки и печени (7 — 14 дней).
- Вторая фаза акклиматизации заключается в повышение количества производимых костным мозгом эритроцитов практически вдвое (от 4,5 до 8,0 млн. эритроцитов в мм3 крови), что приводит к лучшей переносимости высоты.
Благотворное влияние на высоте оказывает употребление витаминов, особенно витамина С.
Интенсивность развития горной болезни в зависимости от высоты.[1]
| Высота, м | Признаки |
|---|---|
| 800—1000 | Высота переносится легко, однако у некоторых людей наблюдаются небольшие отклонения от нормы. |
| 1000—2500 | Физически нетренированные люди испытывают некоторую вялость, возникает легкое головокружение, учащается сердцебиение. Симптомов горной болезни нет. |
| 2500—3000 | Большинство здоровых неакклиматизированных людей ощущает действие высоты, однако ярко выраженных симптомов горной болезни у большинства здоровых людей нет, а у некоторых наблюдаются изменения в поведении: приподнятое настроение, излишняя жестикуляция и говорливость, беспричинное веселье и смех. |
| 3000—5000 | Проявляется острая и тяжело протекающая (в отдельных случаях) горная болезнь. Резко нарушается ритм дыхания, жалобы на удушье. Нередко возникает тошнота и рвота, начинаются боли в области живота. Возбужденное состояние сменяется упадком настроения, развивается апатия, безразличие к окружающей среде, меланхоличность. Ярко выраженные признаки заболевания обычно проявляются не сразу, а в течение некоторого времени пребывания на этих высотах. |
| 5000—7000 | Ощущается общая слабость, тяжесть во всем теле, сильная усталость. Боль в висках. При резких движениях — головокружение. Губы синеют, повышается температура, часто из носа и легких выделяется кровь, а иногда начинается и желудочное кровотечение. Возникают галлюцинации. |
2. Рототаев П. С. Р79 Покоренные гиганты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., “Мысль”, 1975. 283 с. с карт.; 16 л. ил.
Источник
Воздействие большой высоты на человека — Effects of high altitude on humans
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. 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 выше 8000 метров (26000 футов) зоной смерти , где, как правило, считается, что ни одно человеческое тело не может акклиматизироваться .
СОДЕРЖАНИЕ
Эффекты в зависимости от высоты
Человеческое тело лучше всего работает на уровне моря , где атмосферное давление составляет 101 325 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 .
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 . Когда pO 2 падает, организм реагирует акклиматизацией к высоте .
Горная медицина выделяет три высотных региона, которые отражают пониженное количество кислорода в атмосфере:
- 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. Врачи экспедиции обычно имеют запас дексаметазона для лечения этих заболеваний на месте. Исследования также указывают на повышенный риск необратимого повреждения мозга у людей, поднимающихся на высоту более 5 500 м (18 045 футов).
Люди выживали 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).
На высоте более 7500 м (24 600 футов, 383 миллибара атмосферного давления) сон становится очень трудным, переваривание пищи практически невозможно, и риск возникновения ВОЛ или ВОЛН значительно возрастает.
Зона смерти
Зона смерти в альпинизме (первоначально смертельная зона ) была впервые задумана в 1953 году Эдуардом Висс-Дюнаном , швейцарским врачом и альпинистом. Это относится к высотам выше определенной точки, 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). 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.
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. 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.
Более низкий уровень смертности от сердечно-сосудистых заболеваний наблюдается у жителей больших высот. Точно так же существует зависимость «доза-реакция» между увеличением и уменьшением распространенности ожирения в Соединенных Штатах. Это объясняется не только миграцией. С другой стороны, люди, живущие на возвышенности, также имеют более высокий уровень самоубийств в Соединенных Штатах. 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 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.
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 респираторному центру увеличивать частоту дыхания настолько, насколько это необходимо. Неспособность увеличить частоту дыхания может быть вызвана неадекватной реакцией сонной артерии или заболеванием легких или почек.
К тому же на большой высоте сердце бьется быстрее ; ударный объем незначительно уменьшается; подавляются второстепенные функции организма, что приводит к снижению эффективности переваривания пищи (поскольку организм подавляет пищеварительную систему в пользу увеличения ее сердечно-легочных резервов).
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 . В конце концов, организм претерпевает физиологические изменения, такие как более низкая выработка лактата (поскольку снижение расщепления глюкозы снижает количество образующегося лактата), уменьшение объема плазмы , повышение гематокрита ( полицитемия ), увеличение массы эритроцитов , более высокая концентрация капилляров в ткани скелетных мышц , увеличение миоглобин , увеличение митохондрий , повышение концентрации аэробных ферментов, увеличение 2,3-BPG , гипоксическая вазоконстрикция легких и гипертрофия правого желудочка . 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. Верхний предел этой линейной зависимости по высоте полностью не установлен.
Даже при акклиматизации продолжительное пребывание на большой высоте может помешать беременности и вызвать задержку внутриутробного развития или преэклампсию . Большая высота вызывает снижение притока крови к плаценте даже у акклиматизированных женщин, что препятствует развитию плода. Следовательно, дети, рожденные на большой высоте, в среднем рождаются короче, чем дети, рожденные на уровне моря.
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. 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 «, чтобы обозначить, 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. 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 из-за эффекта выключения тренировки, поскольку спортсмены обычно не могут тренироваться с такой интенсивностью на большой высоте, как на уровне моря.
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. 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.
Эффект повышения производительности высотных тренировок может быть связан с увеличением количества эритроцитов, более эффективными тренировками или изменениями в физиологии мышц.
Источник