Účinky vysoké nadmořské výšky na člověka - Effects of high altitude on humans

Lezení Mount Rainier.

The účinky vysoké nadmořské výšky na člověka jsou značné. The nasycení kyslíkem z hemoglobin určuje obsah kyslík v krvi. Po Lidské tělo dosáhne přibližně 2100 metrů nad mořem, saturace oxyhemoglobinu začíná rychle klesat.[1] Lidské tělo má však krátkodobé i dlouhodobé úpravy do nadmořské výšky, které mu umožňují částečně kompenzovat nedostatek kyslíku. Úroveň přizpůsobení je omezená; horolezci označují nadmořské výšky nad 8 000 metrů (26 000 ft) zóna smrti, kde se obecně věří, že žádné lidské tělo nemůže aklimatizovat.[2][3][4][5]

Efekty jako funkce nadmořské výšky

Lidské tělo může nejlépe fungovat hladina moře,[6] Kde atmosférický tlak je 101 325 Pa nebo 1013,25 milibarů (nebo 1 bankomat, podle definice). The koncentrace kyslíku (Ó2) ve vzduchu na úrovni moře je 20,9%, takže částečný tlak O.2 (po2) je 21,136 kPa. U zdravých jedinců to nasycuje hemoglobin, červený pigment vázající kyslík červené krvinky.[7]

Atmosférický tlak klesá exponenciálně s nadmořská výška zatímco O2 zlomek zůstává konstantní na přibližně 100 km (62 mi), takže pO2 exponenciálně klesá také s nadmořskou výškou. Je to asi polovina hodnoty hladiny moře ve výšce 5 000 m (16 000 stop), nadmořské výšky Základní tábor Everest a jen třetina ve výšce 8 848 m (29 029 ft), vrchol Mount Everest.[8] Když pO2 kapky, tělo reaguje aklimatizace výšky.[9]

Horská medicína rozeznává tři výškové oblasti, které odrážejí snížené množství kyslíku v atmosféře:[10]

  • Vysoká nadmořská výška = 1 500–3 500 metrů (4 900–11 500 ft)
  • Velmi vysoká nadmořská výška = 3 500–5 500 metrů (11 500–18 000 stop)
  • Extrémní nadmořská výška = nad 5500 metrů (18 000 ft)

Cestování do každé z těchto výškových oblastí může vést k zdravotním problémům, od mírných příznaků akutní horská nemoc potenciálně fatální plicní edém ve vysoké nadmořské výšce (HAPE ) a mozkový edém ve vysoké nadmořské výšce (HACE ). Čím vyšší je nadmořská výška, tím větší je riziko.[11] Expediční lékaři obvykle zásobují zásoby dexamethason k léčbě těchto stavů na místě.[12] Výzkum také naznačuje zvýšené riziko trvalého poškození mozku u lidí stoupajících do výše 5 500 m (18 045 ft).[13]

Lidé přežili dva roky ve výšce 5 950 m (19 520 ft, 475 milibarů atmosférického tlaku), což je nejvyšší zaznamenaná trvale tolerovatelná nadmořská výška; nejvyšší známé trvalé osídlení, La Rinconada, je ve výšce 5 100 m (16 700 ft).[14]

Ve výškách nad 7 500 m (24 600 ft, 383 milibarů atmosférického tlaku) se spánek stává velmi obtížným, trávení jídla je téměř nemožné a riziko HAPE nebo HACE se výrazně zvyšuje.[11][15][16]

Zóna smrti

Hlavní článek: Zóna smrti
Vrchol Mount Everest je v zóně smrti.

The zóna smrti v horolezectví, (původně smrtící zóna) byl poprvé koncipován v roce 1953 autorem Edouard Wyss-Dunant, švýcarský lékař a alpinista.[17] Odkazuje na nadmořské výšky nad určitým bodem, kde je množství kyslík je nedostatečné k udržení člověk život po delší dobu. Tento bod je obecně označen jako 8 000 m (26 000 ft, méně než 356 milibarů atmosférického tlaku).[18] Volalo všech 14 vrcholů v zóně smrti nad 8000 m osm tisíc, se nacházejí v Himálaj a Karakoram pohoří.

Mnoho úmrtí ve vysokohorském horolezectví bylo způsobeno účinky zóny smrti, a to buď přímo ztrátou životně důležitých funkcí, nebo nepřímo nesprávnými rozhodnutími pod tlakem, fyzickým oslabením vedoucím k nehodám. V zóně smrti se lidské tělo nemůže aklimatizovat. Prodloužený pobyt v zóně smrti bez doplňkový kyslík bude mít za následek zhoršení tělesných funkcí, ztrátu vědomí a nakonec smrt.[2][3][4]

Dlouhodobé účinky

Hlavní článek: Vysokohorská adaptace u lidí
Vrchol K2 je v zóně smrti.

Od roku 1998 studie ukázaly, že asi 140 milionů lidí, kteří žijí v nadmořských výškách nad 2 500 metrů, se přizpůsobilo nižší hladině kyslíku. Tyto úpravy jsou zvláště výrazné u lidí žijících v EU Andy a Himaláje. Ve srovnání s aklimatizovanými nově příchozími mají původní andské a himálajské populace lepší okysličování při narození, zvětšené objemy plic po celý život a vyšší kapacitu cvičení. Tibeťané prokazují trvalé zvyšování průtoku krve mozkem, nižší koncentraci hemoglobinu a menší náchylnost k chronická horská nemoc (CMS). Tyto úpravy mohou odrážet delší historii osídlení ve vysokých nadmořských výškách v těchto oblastech.[19][20]

Nižší úmrtnost z kardiovaskulární onemocnění je pozorován u obyvatel ve vyšších nadmořských výškách.[21] Podobně, a vztah dávka-odpověď existuje mezi rostoucí výškou a klesáním obezita prevalence ve Spojených státech.[22] To není vysvětleno pouze migrací.[23] Na druhou stranu lidé žijící ve vyšších nadmořských výškách mají také vyšší míru sebevražda ve Spojených státech.[24] Korelace mezi nadmořskou výškou a rizikem sebevraždy byla přítomna, i když vědci ovládají známé rizikové faktory sebevraždy, včetně věku, pohlaví, rasy a příjmu. Výzkum také ukázal, že je nepravděpodobné, že by hladina kyslíku byla faktorem, vzhledem k tomu, že neexistuje žádný náznak zvýšení poruchy nálady ve vysoké nadmořské výšce u pacientů s spánková apnoe nebo u silných kuřáků ve vysoké nadmořské výšce. Příčina zvýšeného rizika sebevraždy není dosud známa.[24]

Aklimatizace

Lidské tělo se dokáže přizpůsobit vysoké nadmořské výšce prostřednictvím okamžité i dlouhodobé aklimatizace. Ve vysoké nadmořské výšce krátkodobě nedostatek kyslíku vycítí krční těla, což způsobuje zvýšení hloubky a rychlosti dýchání (hyperpnoe ). Hyperpnoe však také způsobuje nepříznivý účinek respirační alkalóza, inhibuje dýchací centrum od zvýšení dechové frekvence tolik, kolik by bylo potřeba. Neschopnost zvýšit rychlost dýchání může být způsobena nedostatečnou odpovědí karotického těla nebo onemocněním plic nebo ledvin.[1][25]

Kromě toho ve vysoké nadmořské výšce srdce bije rychleji; the zdvihový objem je mírně snížena;[26] a nepodstatné tělesné funkce jsou potlačeny, což má za následek snížení účinnosti trávení potravy (jak tělo potlačuje zažívací ústrojí ve prospěch zvýšení jeho kardiopulmonálních rezerv).[27]

Plná aklimatizace vyžaduje dny nebo dokonce týdny. Tělo postupně kompenzuje respirační alkalózu renálním vylučováním hydrogenuhličitanu, což umožňuje adekvátní dýchání zajišťující kyslík bez rizika alkalózy. Trvá asi čtyři dny v jakékoli nadmořské výšce a lze jej vylepšit léky, jako je acetazolamid.[25] Nakonec tělo prochází fyziologickými změnami, například nižšími laktát produkce (protože snížený rozklad glukózy snižuje množství vytvořeného laktátu), snížená plazma objem zvýšen hematokrit (polycytémie ), zvýšil RBC hmotnost, vyšší koncentrace kapiláry v kosterní sval tkáň, zvýšená myoglobin, zvýšil mitochondrie, zvýšil aerobní koncentrace enzymu, zvýšení v 2,3-BPG, hypoxická plicní vazokonstrikce, a hypertrofie pravé komory.[1][28] Tlak v plicní tepně se zvyšuje ve snaze okysličit více krve.

Plné hematologické adaptace na vysokou nadmořskou výšku je dosaženo, když nárůst červených krvinek dosáhne náhorní plošiny a zastaví se. Délka úplné hematologické adaptace může být aproximována vynásobením výšky v kilometrech 11,4 dny. Například přizpůsobit se výšce 4 000 metrů by vyžadovalo 45,6 dne.[29] Horní limit výšky tohoto lineárního vztahu nebyl zcela stanoven.[5][14]

I když je aklimatizovaný, může dlouhodobé vystavení vysoké nadmořské výšce rušit těhotenství a příčina omezení nitroděložního růstu nebo preeklampsie.[30] Vysoká nadmořská výška způsobuje snížený průtok krve do placenta, dokonce iu aklimatizovaných žen, což narušuje růst plodu.[30] V důsledku toho se zjistí, že děti narozené ve vysokých nadmořských výškách se rodí v průměru kratší než děti narozené na hladině moře [31]

Sportovní výkon

Hlavní článek: Výškový trénink
Sportovci trénující ve vysoké nadmořské výšce v St. Moritz, Švýcarsko (nadmořská výška 1856 m nebo 6089 ft).

Pro sportovce má vysoká nadmořská výška dva protichůdné účinky na výkon. U výbušných akcí (sprinty do 400 metrů, skok do dálky, trojitý skok) znamená snížení atmosférického tlaku menší odpor atmosféry a výkon sportovce bude obecně lepší ve vysokých nadmořských výškách.[32] U vytrvalostních závodů (závody o délce 800 metrů a více) je hlavním účinkem snížení kyslíku, které obecně snižuje výkon sportovce ve vysoké nadmořské výšce. Sportovní organizace uznávají vliv nadmořské výšky na výkon: například řídící orgán pro atletický sport, Světová atletika, rozhodl, že výkony dosažené ve výšce větší než 1 000 metrů budou pro účely záznamu schváleny, ale nesou označení „A“, které znamená, že byly nastaveny ve výšce. Letní olympijské hry 1968 byly drženy ve výšce v Mexico City. Většina krátkých záznamů o sprintu a skoku tam byla zaznamenána ve výšce. Další záznamy byly také stanoveny v nadmořské výšce v očekávání těchto olympijských her. Bob Beamon záznam v skok do dálky držel téměř 23 let a byl zbit pouze jednou bez nadmořské výšky nebo pomoc s větrem. Mnoho dalších záznamů zaznamenaných v Mexico City bylo později překonáno značkami stanovenými v nadmořské výšce.

Sportovci mohou také využít aklimatizaci nadmořské výšky ke zvýšení výkonu.[9] Stejné změny, které pomáhají tělu vyrovnat se s vysokou nadmořskou výškou, zvyšují výkon zpět na hladinu moře. To však nemusí vždy platit. Jakékoli pozitivní aklimatizační účinky mohou být vyvráceny účinkem de-tréninku, protože sportovci obvykle nejsou schopni cvičit s takovou intenzitou ve vysokých nadmořských výškách ve srovnání s hladinou moře.[33]

Tato hádanka vedla k vývoji modality výškového tréninku známého jako „Live-High, Train-Low“, kdy sportovec tráví mnoho hodin denně odpočinkem a spánkem v jedné (vysoké) nadmořské výšce, ale vykonává významnou část svého tréninku, možná všechno v jiné (nižší) nadmořské výšce. Řada studií provedených v Utahu koncem 90. let ukázala významné zvýšení výkonu u sportovců, kteří se takovým protokolem řídili několik týdnů.[33][34] Další studie z roku 2006 prokázala zvýšení výkonu pouhým provedením cvičení ve vysoké nadmořské výšce, přesto však žije na hladině moře.[35]

Účinek výškového tréninku zvyšující výkon může být způsoben zvýšeným počtem červených krvinek,[36] efektivnější trénink,[37] nebo změny ve fyziologii svalů.[38][39]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Young, Andrew J; Reeves, John T. (2002). „Přizpůsobení člověka vysoké nadmořské výšce“ (PDF). Lékařské aspekty drsného prostředí. 2. Borden Institute, Washington, DC. CiteSeerX  10.1.1.175.3270. Archivovány od originál (PDF) dne 16. 9. 2012. Citováno 2009-01-05.
  2. ^ A b Darack, Ed (2002). Divoký vítr: dobrodružství v nejvyšších Andách. p. 153. ISBN  978-1-884980-81-7.
  3. ^ A b Huey, Raymond B .; Eguskitza, Xavier (2. července 2001). „Meze lidské výkonnosti: zvýšená rizika na vysokých horách“. Journal of Experimental Biology. 204 (18): 3115–9. PMID  11581324.
  4. ^ A b Grocott, Michael P.W .; Martin, Daniel S .; Levett, Denny Z.H .; McMorrow, Rogere; Windsor, Jeremy; Montgomery, Hugh E. (2009). „Arteriální krevní plyny a obsah kyslíku v horolezcích na Mount Everestu“ (PDF). N Engl J Med. 360 (2): 140–9. doi:10.1056 / NEJMoa0801581. PMID  19129527.
  5. ^ A b Zubieta-Castillo, G .; Zubieta-Calleja, G.R .; Zubieta-Calleja, L .; Zubieta-Castillo, Nancy (2008). „Fakta, která dokazují, že je možné přizpůsobení se životu v extrémní nadmořské výšce (8842 m)“ (PDF). Adaptační biologie a medicína. 5 (Suppl 5): 348–355.
  6. ^ Fulco, CS; Cymerman, A (1998). Msgstr "Maximální a submaximální výkon ve výšce". Letectví, vesmír a environmentální medicína. 69 (8): 793–801. PMID  9715971.
  7. ^ „Hypoxemie (nízký obsah kyslíku v krvi)“. Klinika Mayo. Archivováno od originálu dne 06.10.2012. Citováno 2011-12-21.
  8. ^ „Úvod do atmosféry“. PhysicalGeography.net. Citováno 2006-12-29.
  9. ^ A b Muza, SR; Fulco, CS; Cymerman, A (2004). „Průvodce aklimatizací nadmořské výšky“. Výzkumný ústav americké armády Technická zpráva divize tepelné medicíny a horské medicíny (USARIEM – TN – 04–05 ). Archivovány od originál dne 2009-04-23. Citováno 2009-03-05.
  10. ^ „Výukový program pro nelekáře“. Mezinárodní společnost pro horskou medicínu. Archivovány od originál dne 06.06.2011. Citováno 22. prosince 2005.
  11. ^ A b Cymerman, A; Rock, PB. „Lékařské problémy ve vysokohorském prostředí. Příručka pro zdravotníky“. USARIEM-TN94-2. Výzkumný ústav americké armády technické zprávy divize tepelné medicíny a horské medicíny. Archivovány od originál dne 2009-04-23. Citováno 2009-03-05. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  12. ^ Krakauer, Jon (1999). Do vzduchu: osobní účet Mt. Katastrofa na Everestu. New York: Anchor Books / Doubleday. ISBN  978-0-385-49478-6.
  13. ^ Fayed, N; Modrego, P.J .; Morales, H (2006). "Důkazy poškození mozku po výškových lezeních pomocí magnetické rezonance" (PDF). American Journal of Medicine. 119 (2): 168.e1–6. doi:10.1016 / j.amjmed.2005.07.062. PMID  16443427. Archivovány od originál (PDF) dne 22. 11. 2010.
  14. ^ A b West, JB (2002). "Nejvyšší trvalé lidské bydlení". Lékařská biologie vysoké nadmořské výšky. 3 (4): 401–7. doi:10.1089/15270290260512882. PMID  12631426.
  15. ^ Rose, MS; Houston, CS; Fulco, CS; Coates, G; Sutton, JR; Cymerman, A (prosinec 1988). „Operace Everest. II: Výživa a složení těla“. J. Appl. Physiol. 65 (6): 2545–51. doi:10.1152 / jappl.1988.65.6.2545. PMID  3215854.
  16. ^ Kayser, B. (říjen 1992). "Výživa a expozice ve vysokých nadmořských výškách". Int J Sports Med. 13 Suppl 1: S129–32. doi:10.1055 / s-2007-1024616. PMID  1483750.
  17. ^ Wyss-Dunant, Edouard (1953). „Aklimatizace“ (PDF). Horský svět: 110–117. Citováno 10. března 2013.
  18. ^ „Everest: Zóna smrti“. Nova. PBS. 1998-02-24.
  19. ^ Moore, LG; Niermeyer, S; Zamudio, S (1998). „Adaptace člověka na vysokou nadmořskou výšku: regionální a životní cykly“. Dopoledne. J. Phys. Anthropol. 107: 25–64. doi:10.1002 / (SICI) 1096-8644 (1998) 107: 27+ <25 :: AID-AJPA3> 3.0.CO; 2-L. PMID  9881522.
  20. ^ Moore, Lorna G (červen 2001). "Genetická adaptace člověka na vysokou nadmořskou výšku". Medicína a biologie s vysokou nadmořskou výškou. 2 (2): 257–279. doi:10.1089/152702901750265341. PMID  11443005.
  21. ^ Faeh, David; Gutzwiller, Felix; Bopp, Matthias (2009). „Nižší úmrtnost na ischemickou chorobu srdeční a mozkovou mrtvici při vyšších nadmořských výškách ve Švýcarsku“. Oběh. 120 (6): 495–501. doi:10.1161 / CIRCULATIONAHA.108.819250. PMID  19635973.
  22. ^ Voss, JD; Masuoka, P; Webber, BJ; Scher, AI; Atkinson, RL (2013). „Sdružení výškových, urbanizačních a okolních teplot s výskytem obezity ve Spojených státech“. International Journal of Obesity. 37 (10): 1407–12. doi:10.1038 / ijo.2013.5. PMID  23357956.
  23. ^ Voss, JD; Allison, DB; Webber, BJ; Otto, JL; Clark, LL (2014). „Nižší míra obezity během pobytu ve vysoké nadmořské výšce u vojenské populace s častou migrací: kvazi experimentální model vyšetřování prostorové příčiny“. PLOS ONE. 9 (4): e93493. Bibcode:2014PLoSO ... 993493V. doi:10.1371 / journal.pone.0093493. PMC  3989193. PMID  24740173.
  24. ^ A b Brenner, Barry; Cheng, David; Clark, neděle; Camargo, Carlos A., Jr. (jaro 2011). „Pozitivní asociace mezi nadmořskou výškou a sebevraždou v 2584 krajích USA“. Medicína a biologie s vysokou nadmořskou výškou. 12 (1): 31–5. doi:10.1089 / šunka.2010.1058. PMC  3114154. PMID  21214344.
  25. ^ A b Harris, N Stuart; Nelson, Sara W (16. dubna 2008). „Výšková nemoc - mozkové syndromy“. EMedicine Specialties> Emergency Medicine> Environmental.
  26. ^ Bärtsch, P; Gibbs, JSR (2007). „Vliv nadmořské výšky na srdce a plíce“. Oběh. 116 (19): 2191–2202. doi:10.1161 / CIRCULATIONAHA.106.650796. PMID  17984389.
  27. ^ Westerterp, Klaas (1. června 2001). "Energetická a vodní bilance ve vysoké nadmořské výšce". Novinky ve fyziologických vědách. 16 (3): 134–7. doi:10.1152 / fyziologie online 2001.16.3.134. PMID  11443234.
  28. ^ Martin, D; Windsor, J (1. prosince 2008). „Od hory k posteli: pochopení klinického významu lidské aklimatizace pro hypoxii ve vysokých nadmořských výškách“. Postgraduální lékařský deník. 84 (998): 622–627. doi:10.1136 / pgmj.2008.068296. PMID  19201935.
  29. ^ Zubieta-Calleja, G. R .; Paulev, P-E .; Zubieta-Calleja, L .; Zubieta-Castillo, G. (2007). "Přizpůsobení nadmořské výšky změnou hematokritu". Journal of Physiology and Pharmacology. 58 (Suppl 5 (Pt 2)): 811–18. ISSN  0867-5910.
  30. ^ A b Moore, LG; Shriver, M; Bemis, L; Hickler, B; et al. (Duben 2004). „Adaptace matek na těhotenství ve vysokých nadmořských výškách: Experiment přírody - přehled“. Placenta. 25: S60 – S71. doi:10.1016 / j.placenta.2004.01.008. PMID  15033310.
  31. ^ Baye, Kaleab; Hirvonen, Kalle (2020). „Hodnocení lineárního růstu při vyšších nadmořských výškách“. JAMA Pediatrics. 174 (10): 977. doi:10.1001 / jamapediatrics.2020.2386. PMID  32832998.
  32. ^ Ward-Smith, AJ (1983). "Vliv aerodynamických a biomechanických faktorů na výkon skoku do dálky". Journal of Biomechanics. 16 (8): 655–8. doi:10.1016/0021-9290(83)90116-1. PMID  6643537.
  33. ^ A b Levine, BD; Stray-Gundersen, J (červenec 1997). ""Život ve vysokém tréninku nízký ": účinek aklimatizace ve střední nadmořské výšce s výcvikem v malé výšce na výkon". Journal of Applied Physiology. 83 (1): 102–12. doi:10.1152 / jappl.1997.83.1.102. PMID  9216951. S2CID  827598.
  34. ^ Stray-Gundersen, J; Chapman, RF; Levine, BD (září 2001). ""Nízkozdvižný trénink „Výškový trénink zlepšuje výkon na hladině moře u elitních běžců mužů a žen“. Journal of Applied Physiology. 91 (3): 1113–20. doi:10.1152 / jappl.2001.91.3.1113. PMID  11509506.
  35. ^ Dufour, SP; Ponsot, E .; Zoll, J .; Doutreleau, S .; Lonsdorfer-Wolf, E .; Geny, B .; Lampert, E .; Flück, M .; Hoppeler, H .; Billat, V .; Mettauer, B .; Richard, R .; Lonsdorfer, J. (duben 2006). „Cvičení pro cvičení v normobarické hypoxii u vytrvalostních běžců. I. Zlepšení kapacity aerobního výkonu“. Journal of Applied Physiology. 100 (4): 1238–48. doi:10.1152 / japplphysiol.00742.2005. PMID  16540709.
  36. ^ Levine, BD; Stray-Gundersen, J (listopad 2005). „Bod: pozitivní účinky přerušované hypoxie (živé vysoké: nízké tréninky) na výkon cvičení jsou zprostředkovány především zvýšeným objemem červených krvinek.“ Journal of Applied Physiology. 99 (5): 2053–5. doi:10.1152 / japplphysiol.00877.2005. PMID  16227463.
  37. ^ Gore, CJ; Hopkins, WG (listopad 2005). „Kontrapunkt: pozitivní účinky přerušované hypoxie (živé vysoké: nízké vlaky) na výkon cvičení nejsou zprostředkovány primárně zvětšeným objemem červených krvinek“. Journal of Applied Physiology. 99 (5): 2055–7, diskuse 2057–8. doi:10.1152 / japplphysiol.00820.2005. PMID  16227464.
  38. ^ Bigard, AX; Brunet, A; Guezennec, CY; Monod, H (1991). "Změny kosterního svalstva po vytrvalostním tréninku ve vysoké nadmořské výšce". Journal of Applied Physiology. 71 (6): 2114–21. doi: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 .; Richard, R. (duben 2006). "Cvičení pro cvičení v normobarické hypoxii u vytrvalostních běžců. II. Zlepšení mitochondriálních vlastností v kosterním svalu". J. Appl. Physiol. 100 (4): 1249–57. doi:10.1152 / japplphysiol.00361.2005. PMID  16339351.

externí odkazy