6. Гострі фізіологічні ефекти зниженого атмосферного тиску

Характеристика умов середньогір'я. Із збільшенням висоти знаходження над рівнем моря зниження барометричного тиску з висотою створює гіпобаричні умови. Але головне значення для людини має зниження парціального тиску кисню і пов'язане з цим зменшення числа його молекул у об'ємі повітря, що вдихається, тобто гіпоксичні умови. На висоті людина потрапляє в умови наростаючої гіпобаричної гіпоксії. Такі ж умови можуть бути створені в герметичній барокамері шляхом пониження тиску в ній. Іноді їх моделюють шляхом дихання газовою сумішшю зі зниженим вмістом О2 при нормальному загальному барометричному тиску суміші.

Таблиця 3. Барометричний тиск, парціальний тиск О2 в

атмосферному і альвеолярному повітрі на різних висотах

Висота		Барометричний тиск			Парціальний тиск О2 в атм. повітрі, мм рт. ст		Парціальний тиск О2 в альвеолярному повітрі в умовах спокою, мм рт. ст
		мм рт. ст.		АТМ
0	760		1,0	149		105
1000	680		0,9	142		94
2000	600		0,8	125		78
3100	530		0,7	111		62
4300	450		0,6	94		51
5600	380		0,5	75		42
7000	305		0,4	64		31
9000	230		0,3	48		19

Із збільшенням висоти дефіцит кисню в атмосферному повітрі викликає зниження парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі, зменшення вмісту його в артеріальній крові і як наслідок погіршення забезпечення тканин киснем.

Інший ефект зниженої щільності атмосфери на висоті - зменшення зовнішнього опору повітря тілу, що рухається. Тому при переміщенні з однаковою швидкістю зовнішня робота на висоті менша, ніж на рівнині.

Температура повітря тим нижче, чим більше висота. Якщо середня температура на рівні моря дорівнює 15°, то по мірі підйому вона може зменшуватися на 6,5° через кожні 1.000 м, аж до висоти близько 11 000 м.

На висоті знижується також відносна вологість повітря. Оскільки в горах повітря більш сухе, втрати води з повітрям, що видихається в цих умовах більше, ніж на рівні моря. Якщо на великій висоті виконується тривала робота, то великі втрати води можуть призвести до дегідратації, і відчуття сухості в роті.

Сонячна та ультрафіолетова радіація в горах більш інтенсивна, ніж на рівнині, що може зумовити додаткові труднощі (викликати опіки, осліплення снігом).

В усіх видах спорту, за винятком альпінізму, тренування і змагання проводяться на висоті до 2500-3000 м. Тому для спортивної практики найбільш важливо знати, який фізіологічний вплив на організм висоти середньогір'я - від 1500 до 3000 м.

Функція дихання. Відразу після прибуття на висоту або у відповідь на "підйом" в барокамері виникає ряд фізіологічних змін в організмі, викликаних умовами гіпобаричної гіпоксії.

Щоб адекватно забезпечити організм киснем, зменшення кількості молекул О2 в одиниці об'єму розрідженого повітря на висоті компенсується відповідним збільшенням легеневої вентиляції. Це основний функціональний механізм швидкого пристосування організму до гіпоксичних умов висоти.

На висоті до 3000-3500 м легенева вентиляція в спокої посилюється спочатку вкрай незначно. Тому відразу часто спостерігається особливо велике зниження парціального тиску О2 в альвеолярному повітрі. При виконанні м'язової роботи на висоті легенева вентиляція з самого початку суттєво більше, ніж на рівнині. У однієї і тієї ж людини при однаковому абсолютному навантаженні (однаковому споживанні О2) легенева вентиляція тим сильніше, чим більше висота.

У цілому максимальні можливості дихального апарату на висоті більше, ніж на рівні моря. Під час максимальної роботи на великій висоті легенева вентиляція може досягати 200 л / хв.

Пропорційно падінню парціального тиску О2 в атмосферному і альвеолярному повітрі знижується парціальна напруга О2 в артеріальній крові (гіпоксемія). Це один з найважливіших стимулів посилення легеневої вентиляції в умовах спокою.

Висотна гіпервентиляція викликає посилене виведення СО2 з крові з повітрям, що видихається. У результаті по мірі підйому на висоту напруга СО2 в артеріальній крові зменшується, тобто розвивається гіпокапнія, яка може викликати розвиток м'язових спазмів і розгорнуту вазоконстрикцію. Особливо несприятливі для організму наслідки звуження судин головного мозку. Вторинним ефектом висотної гіпервентиляції є зміщення реакції крові в лужний бік - підвищення рН (дихальний алкалоз). Зниження парціальної напруги СО2 і підвищення рН в артеріальній крові здійснює гальмуючий вплив на дихальний центр.

Рівень легеневої вентиляції на висоті слід розглядати як фізіологічний компроміс між вимогою адекватного постачання організму киснем в гіпоксичних умовах і необхідністю підтримувати кислотно-лужну рівновагу в нормі.

Функція крові. Падіння парціальної напруги О2 в артеріальній крові в умовах висотної гіпоксії веде до зниження відсоткового насичення гемоглобіну киснем і, отже, до зменшення вмісту О2 в крові. На висоті 2000-3000 м парціальний тиск О2 в альвеолярному повітрі дорівнює приблизно 80-60 мм рт. ст., що гарантує відносно високе насичення киснем крові в легеневих капілярах - більше 90% гемоглобіну у формі оксигемоглобіну. На більш значних висотах падіння насичення артеріальної крові киснем до 80% від нормальної величини викликає комплекс симптомів тяжкої гіпоксії, відомої під назвою "гірська хвороба": головний біль, стан втоми, порушення сну, травлення та ін.

У зв'язку зі зниженням парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі системна артеріовенозна різниця по кисню при виконанні однакової роботи в гірських умовах менше, ніж в рівнинних. Чим більше висота (сильніше ступінь гіпоксії) і чим інтенсивніше навантаження, тим значніше падіння напруги і насичення О2 в артеріальній крові.

При виконанні м'язової роботи на висоті збільшення концентрації молочної кислоти в м'язах і крові відбувається при більш низьких навантаженнях, ніж на рівні моря (зниження анаеробного порогу). При одному і тому ж навантаженні концентрація молочної кислоти в м'язах і крові при роботі на висоті більше, а рН крові нижче, ніж на рівні моря. Підвищена на висоті лактація при виконанні субмаксимальних аеробних навантажень служить додатковим стимулом для посилення легеневої вентиляції.

Максимальна концентрація лактату в крові при роботі в перші дні на висоті така ж, що і на рівні моря. Отже, максимальна анаеробна потужність, принаймні та її частина, яка визначається лактатною (гліколітичною) системою, на висоті не знижується. Про це також свідчить той факт, що максимальний кисневий борг в перші дні на висоті такий же, що і на рівні моря.

Функція кровообігу. Зниження насиченості крові киснем на висоті компенсується при виконанні субмаксимальної аеробної роботи збільшенням серцевого викиду, яке забезпечується виключно за рахунок підвищення ЧСС. Систолічний об'єм при цьому такий же або навіть дещо менше, ніж у нормальних умовах. Максимальна ЧСС і максимальний серцевий викид досягаються в гіпоксичних умовах при більш низькій інтенсивності роботи, ніж на рівні моря. При цьому максимальні величини серцевого викиду, ЧСС та систолічного об'єму при граничних аеробних навантаженнях однакові на рівні моря і на висоті.

Таблиця 4. Показники кісневотранспортной системи при максимальній аеробній роботі у тренованих чоловіків на рівні моря і

через 2 тижні перебування на висоті

Показаники	Рівень моря (до 500 м)	Висота
		2300 м	4000 м
Барометричний тиск (мм. рт. ст.)	735	580	460
Парціалний тиск О2 (мм. рт. ст.):
у повітрі, що вдихається	144	112	87
в альвеолярному повітрі	120	95	72
в артеріальній крові	107	80	55
Різниця між альвеолярним повітрям і артеріальною кров’ю	13	15	17
Зовнішнє дихання:
Легенева вентиляція (л/мин, ВТР5)	165	175	200
Вентиляційний эквивалент	33	39	57
Дифузна здатність легень для О2 (л/мин/мм рт. ст., 5ТРО)	100	100	100
індекс дихального обміну (VСО2/VО2)	1,20	1,22	1,30
Кров: об’єм циркулируючої крові (л)	6,42	6,19	5,77
Об’єм циркулюрующої плазми (л)	3,16	2,95	2,55
Об’єм циркулюрующих еритроцитов (л)	3,26	3,24	3,22
Вміст О2 в артериальній крові(об.%)	18,5	16,8	13,5
Вміст О2 в змішаной венозной крові (об.%)	1,8	1,8	1,8
Артеріовенозної різниціО2 (об.%)	96	88	71
рН артеріальной крові	7,30	7,25	7,20
напруга СО2 в артеріальній крові (мм рт. ст.)	30	26	20
бікарбонат плазми (мМ/л)	9,7	7,2	5,8
лактат (мМ/л)	11,0	11,0	11,0
Кровообіг:
макс, серцевий викид (л/мин)	30,0	30,0	30,0
макс. ЧСС (уд/мин)	185	185	185
макс, систолічний об’єм (мл)	162	162	162
макс, кисневий пульс (млО2/уд)	27	24	19
МПК (л/мин)	4,81	3,60	1,51

Показники артеріального кров'яного тиску помітно не відрізняються від рівнинних, хоча досить часто на висоті спостерігається невелике зниження діастолічного тиску. Це пов'язано, зокрема, зі зменшенням периферичного судинного опору.

Щоб покрити витрати кисню серцевим м'язом під час напруженої роботи, коронарний кровотік на висоті повинен бути більше, ніж на рівні моря (приблизно на 10% на висоті 2500 м і на 30% на висоті 4000 м).

Важливим механізмом забезпечення серцевого викиду при роботі на висоті служить посилена веноконстрикція, завдяки якій збільшується центральний об'єм крові, а отже, і венозне повернення. Вона виникає у відповідь на зниження напруги СО2 в артеріальній крові (гіпокапнію).

Крім збільшення серцевого викиду кисневотранспортні можливості організму при виконанні м'язової роботи в умовах гіпобарічної гіпоксії підвищуються за рахунок посилення робочої гемоконцентрації, що призводить до збільшення вмісту О2 в артеріальній крові.

Таким чином, зниження тиску (вміст) кисню у вдихуваному повітрі під час роботи на висоті викликає додаткове посилення легеневої вентиляції, збільшення серцевого викиду і ступеня робочої гемоконцентрації порівняно з умовами на рівні моря. Ці додаткові механізми підсилюють транспорт О2 до працюючих м'язів і інших тканин тіла. Однак навіть в умовах середньогір'я ці адаптаційні реакції не можуть повністю компенсувати зниження парціального тиску та вмісту О2 в альвеолярному повітрі та артеріальній крові. Тому в умовах гіпобаричної гіпоксії знижується максимальна аеробна потужність (МПК) і зростає значення анаеробного енергоутворення для забезпечення напруженої м'язової роботи.

Швидкість споживання О2 на початку роботи зростає повільніше, ніж у нормальних умовах. В значній мірі це обумовлено сповільненим впрацюванням системи кровообігу. Тому для роботи в гірських умовах характерний підвищений кисневий дефіцит.

Посилена робота дихального апарата і серця, а також порушення в координації рухів призводять до того, що в цих умовах енергетична вартість роботи вища, ніж на рівні моря. Так, на висоті 3500 м споживання О2 на 5% більше, ніж при виконанні тієї ж роботи на рівнині.

Посилена діяльність систем дихання і кровообігу по забезпеченню м'язової роботи на висоті створює передумови для більш швидкого, ніж на рівні моря, розвитку втоми.

Зниження МПК. Відразу після прибуття на висоту (або при підйомі в гіпобаричній камері) виявляється зниження МПК в прямій залежності від барометричного тиску або від парціального тиску О2 у вдихуваному повітрі. Помітне зниження МПК відбувається лише починаючи з висоти 1500 м (барометричний тиск нижче 650 мм. рт. ст.). Після цього рівня МПК зменшується приблизно на 1% через кожні 100 м висоти, або на кожні 5 мм рт, ст. падіння парціального тиску О2 у вдихуваному повітрі. На висоті 2000 - 2300 м (рівень Цахкадзор, Мехіко-сіті) МПК знижується в середньому на 10 - 17%, на висоті 3000 м - на 20%, на висоті 4000 м - на 30% по відношенню до "рівнинного" МПК. Ні висоті 6000 м, де барометричний тиск складає близько половини нормального атмосферного тиску на рівні моря, МПК в середньому вдвічі нижчі, ніж на рівні моря.

Зниження МПК на висоті визначається зменшенням вмісту О2 в артеріальній крові.

Дуже великі індивідуальні відмінності в МПК, які виявляються і на рівні моря, наростають із збільшенням висоти. У більш тренованих людей відразу після прибуття на висоту може відбуватися навіть більше зниження МПК, ніж у менш тренованих.