Що відбувається в горах з організмом?

  У всій великій історії прагнень людства пізнати будову земної кори і незвідані її райони важко знайти такі подорожі, які не вимагали б від їх учасників, великого напруження, фізичних і духовних сил. Але з усіх цих походів чи не найбільш відповідальними за різноманіттям вимог, що пред’являються до організму дослідника, є високогірні експедиції. Вимоги ці настільки значні, що подолання високих гірських вершин можливо лише при наявності спеціальної підготовки для цієї мети і особливого тренування.
  Нормальний фізичний розвиток, наявність певних рухових навичок, володіння тонкою технікою скелелазіння і пересування по важким сніжним і крижаним покривом гір, високий розвиток складних психофізичних якостей – спритності, витривалості, сили, не кажучи вже про волю – все це необхідно для успішного горосходження. Горосзходження перетворився в цікавий, захоплюючий вид спорту – альпінізм

   Вплив кисневої недостатності, обумовленої підйомом на висоту

   Альпініст потрапляє в умови сонячної радіації, значно сильнішою, ніж на рівні моря. Йому доводиться боротися з сильними вітрами, буранами, туманами та іншими небезпеками: невидимими тріщинами льодовиків, каменепадами, лавинами. Складні кліматичні умови, важкий  шлях, прямовисні скелі існують і на висотах, що не перевищують часом і тисячі метрів. Є, однак, складність, яка не зустрічається ніде, крім як на великих горах – це сама висота. Висота характеризується перш за все низьким атмосферним тиском, а разом з тим і зниженим парціальним (частковим) тиском кисню. Останнє змінюється в межах гірських висот в точній відповідності зі зміною атмосферного тиску, оскільки вміст кисню в суміші газів, складових повітря, залишається на таких висотах незмінним, близько 21%.

   Парціальний тиск кисню належить до категорії тих величин, які визначають працездатність і саме життя організму. Постачання тканин організму необхідним для їх існування киснем залежить від того, наскільки повно відбувається насичення крові цим газом. Ступінь же насичення крові киснем визначається його парціальним тиском. Кисень не просто розчиняється в крові: занадто низька для цього ступінь його розчинності в ній, щоб забезпечити потребу тканин в кисні. Кисень в крові вступає в хімічну зв’язок з гемоглобіном, що володіє дивовижним властивістю, здатністю майже повністю насичуватися киснем при відносно малому змісті останнього в повітрі. У повітрі, що містить, як сказано вище, близько 21% кисню, при нормальному атмосферному тиску, рівному на рівні моря 760 мм ртутного стовпчика, парціальний тиск кисню становить 21% від 760 (тобто 159 мм ртутного стовпчика). В глибині легень, в альвеолах, де кисень надходить в кров, вміст його значно нижче, близько 14%. Тому парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі становить усього 100-105 мм ртутного стовпа. Незважаючи на це, гемоглобін крові, що протікає через легені, насичується киснем майже повністю – на 96%. Лише кілька частинок гемоглобіну із сотні виявляться вільними від кисню.

  Цією здатністю гемоглобіну – майже повністю насичуватися киснем при такому малому його парціальному тиску – 100 мм ртуті – не вичерпуються його дивовижні властивості. Особливо яскраво вони позначаються тоді, коли ми переходимо в область зниженого атмосферного тиску, в зону ще більш низького парціального тиску кисню. 

Висота над рівнем моря в метрах

Атмосферний тиск

Парціальний тиск кисню в мм.рт.ст. в зовнішнього повітря

Парціальний тиск кисню в мм.рт. ст. в альвеолярному повітрі легких

Відсоток насичення гемоглобіну киснем

0

760

159

102

96

1500

630

132

85

93

3000

530

111

69

90

4500

430

90

52

80

6500

330

69

36

68

   Ці дані показують, що навіть тоді, коли парціальний тиск кисню в легенях зменшиться вдвічі, гемоглобін виявиться ще насиченим на 80%. Завдяки цьому дивовижній властивості гемоглобіну жадібно приєднувати до себе кисень навіть при малих його тисках виявляється можливим пересування людини і життя його в горах. Звичайно, 20-30% гемоглобіну, ненасиченого киснем, дають про себе знати, і організм відчуває в цих умовах явний кисневий «голод». З таблиці можна розрахувати, що на висоті Ельбрусу, що дорівнює приблизно 5600 м, тиск становить близько 1/2 атмосферного і що гемоглобін насичений киснем трохи більше 70%.

  Як відомо, явища кисневої недостатності проявляються не тільки на «п’ятитисячниках», а й на значно менших висотах. Нетреновані до перебування на гірських висотах люди скаржаться на задишку вже на висоті 1500-2000 м, де насичення гемоглобіну крові киснем всього лише на кілька відсотків нижче норми. Природно було б припустити, що кожен відсоток зниження насичення гемоглобіну киснем негативно позначиться і на стані організму, обмеживши його працездатність. Чим напруженішою робота м’язів, тим більше вони споживають кисню: у порівнянні зі станом спокою потреба м’язів у кисні при такій роботі може зростати в 10-15 разів.

    Основні зрушення фізіологічних функцій (систем) у людини при адаптації до високогір’я

Фізіологічні функції

Рання фаза (до 2 тижнів)

Стабильна фаза (4-5 тижнів)

Постійні жителі висот

Пульс

Прискорений

Нормальний чи сповільнений

Трохи сповільнений

Артеріальний тиск

Помірно підвищений

Нормальний чи помірно підвищений

Трохи занижений

Тиск в легеневої артерії

Помірн підвищений

Підвищений

Підвищений

Гіпетрофія правої половини серця

Відсутня

Помірна чи відсутня

Значна

Легенева вентиляція

Підвищена

Підвищена

Підвищена

Споживання О2

Підвищене

Нормальне чи підвищене

Трохи знижений

Число еритроцитів

Збільшене

Збільшене

Збільшене

Кількість НЬ

Збільшено

Збільшене

Збільшене

Об’єм циркулюючої плазми

Помірно знижено

Помірно знижено

Підвищено

Об’єм циркулюючих еритроцитів

Нормальний чи помірно підвищено

Підвищено

Підвищено

Гематокрит

Можливо підвищений

Підвищено

Підвищено

Основний обмін

Підвищений

Нормальний чи підвищений

Понижчений

   Кисневу недостатність (гіпоксія), в залежності від її тривалості ділять на гостру і хронічну. Гостра гіпоксія у людини виникає в тому випадку, якщо вона піддається значному гіпоксичному впливу протягом дуже короткого часу (секунди, хвилини, іноді годин). Йдеться про швидкий підйом на висоту більше 5000 м над рівнем моря.

   Гостра гіпоксія, в першу чергу, проявляється на діяльності центральної нервової системи, органів дихання і кровообігу.

  Протягом короткого проміжку часу людина втрачає здатність:

  • критично оцінювати ситуацію,
  • усвідомлювати небезпеку,
  • знижується розумова і фізична працездатність,
  • до чого приєднуються швидка стомлюваність,
  • сонливість,
  • задишка,
  • запаморочення
  • сильний головний біль

  Якщо гостра гіпоксія триває недовго (хвилини), ці зміни можуть бути оборотними. При більш тривалому перебуванні людини в умовах гострої гіпоксії свідомість порушується, можуть виникати незворотні ураження мозку, аж до летального результату.

  Найбільш грізні ускладнення глибокої кисневої недостатності – це набряк (надмірне накопичення рідини в органах, позаклітинних тканинних просторах організму) мозку і легенів.

  Слід підкреслити, що функціональний стан центральної нервової системи лімітує стійкість організму до гострої гіпоксії, а зрушення в газотранспортній системі визначають ефективність пристосування до кисневого голодування.

  До хронічної гіпоксії відносять кисневу недостатність організму, обумовлену тривалим перебуванням людей в умовах великих гірських висот.

  Ефективне пристосування організму до дії комплексу чинників гір забезпечується залученням до цього процесу багатьох функціональних систем (в першу чергу, газотранспортних: дихання, кровообіг, кров), специфічно реагують на гіпоксемію (зниження вмісту і парціального тиску кисню в крові).

  Терміни досягнення адаптованості до гіпоксичної гіпоксії, так само як і вираженість зрушень фізіологічних параметрів, різні і залежать від індивідуальних властивостей особистості та клімато-метеорологічних факторів гір.

  У так званій “аварійній стадії” адаптації у мігрантів виникають захисно-пристосувальні реакції, спрямовані на “боротьбу за кисень”. В стадії відносної стабілізації функцій аварійні реакції згладжуються і змінюються енергетично більш вигідними перебудовами. Однак, додаткові впливу на організм (фізичні та психоемоційні навантаження, різкі температурні коливання навколишнього середовища та ін.) В цій стадії можуть дизадаптаціі (розлад пристосування живого організму до дії чинників навколишнього і внутрішнього середовища). Цим і продиктована назва: стадія відносної стабілізації функцій. Стабільна стадія адаптації до високогір’я характеризується динамічною стійкістю фізіологічних показників, адекватністю величини відповідних реакцій на дію подразників, скоординованістю регуляторних механізмів, поліпшенням працездатності, підвищенням ефективності та економічності метаболізму в органах і тканинах.  

  

  Нейро-ендокринна система. У людей, які вперше прибули в умови високогір’я, підвищується активність вищих вегетативних центрів гіпоталамуса (центри регуляції температури тіла, споживання їжі, водного балансу, статевого і емоційного поведінки). Це, в свою чергу, призводить до посилення функції систем, відповідальних за доставку кисню до тканин (кровообіг, зовнішнє дихання, кровотворення), а також забезпечує мобілізацію енергетичних ресурсів організму за рахунок катаболічного ефекту гормонів (розщеплення вуглеводів, білків, жирів і виділення вільної енергії ).

  У початковий період адаптації до високогірної гіпоксії активація симпатоадреналової системи (забезпечує швидкі адаптивні зміни в обміні речовин, спрямовані на мобілізацію енергії, а також обумовлює пристосувальні реакції організму, особливо в екстремальних умовах) супроводжується збільшенням секреції катехоламінів (фізіологічно активні речовини, що виконують роль хімічних посередників і «керуючих» молекул (медіаторів і нейрогормонів) в міжклітинних взаємодіях у тварин і людини; похідні пирокатехин, до них відносяться такі нейромедіатори, як адреналін, норадреналін, дофамін) і їх концентрації в крові (на 20-25%).

  В умовах високогір’я катехоламіни посилюють використання запасів вуглеводного депо печінки (глікогенолітична дія), що призводить до підвищення вмісту глюкози в крові (гіперглікемія). Гіперглікемія є адаптивної реакцією організму на вплив факторів високогір’я, так як глюкоза йде на покриття енергетичних потреб тканин і, перш за все, клітин мозку. Активація симпато адреналової системи викликає збільшення а-клітинами підшлункової залози секреції глюкагону, який також сприяє мобілізації депо вуглеводів в печінці в умовах високогір’я і в цьому відношенні є синергистом катехоламінів.

 У перші дні адаптації людей до умов високогір’я в зв’язку з гіперсекрецією тиреотропного гормону гіпофіза розвивається гіперфункція щитовидної залози. В результаті посилюється секреція тиреоїдних гормонів і підвищується основний обмін.

  Важливою рисою стабільної фази адаптації організму до високогір’я є розвиток гіпофункції щитовидної залози і зниження секреції тиреоїдних гормонів, паралельно з чим знижується основний обмін і споживання кисню тканинами. Факт зниження споживання кисню в міру адаптації людини до високогір’я доведений стосовно до серця. При адаптації організму до умов високогір’я знижуються функції супраоптического ядра гіпоталамуса і клубочкової зони наднирників. Гіпосекреція цих гормонів викликає зменшення резерву води і натрію в організмі людей, адаптованих до високогір’я.

Система крові. Підвищення кисневої ємності крові за рахунок збільшення кількості еритроцитів і гемоглобіну є однією з фізіологічних пристосувальних реакцій організму людини на гіпоксичний вплив. З перших же днів перебування людини в умовах високогірної гіпоксії відбувається перерозподіл крові в організмі – мобілізація її з депо і тканин, стійких до гіпоксії (селезінка, печінка, судини шкіри і скелетних м’язів), і передислокація в високочутливі до нестачі кисню життєво важливі органи – мозок і серце.

  Високогірна гіпоксія позначається не тільки на кількісну сторону показників червоної крові, але і на структурі еритроцитів і властивості гемоглобіну. Одним з важливих показників, що характеризують зміну властивостей гемоглобіну, є крива дисоціації оксигемоглобіну.

  В процесі адаптації до високогір’я у людей формується якісно новий стереотип співвідношення факторів гемокоагуляції і фібринолізу, що підтримує рідинний гомеостазіс в екстремальних умовах гірського середовища. У людини, які тривалий час знаходиться в умовах гір, особливо при пред’явленні йому додаткових вимог у вигляді м’язової навантаження, емоційної напруги, температурного дискомфорту, може мати місце схильність до геморагій (кровотеч).

Серцево-судинна система. Переїзд людини з долини в високогірні райони супроводжується посиленням функціональної активності апарату кровообігу, що сприяє підвищеному кровопостачанню тканин. Перш за все, відзначається тахікардія, пов’язана з порушенням симпатичної нервової системи.

  Обсяг циркулюючої крові при підйомі на висоту збільшується в ранні терміни перебування в горах, завдяки рефлекторної мобілізації крові з депо, пізніше – внаслідок посилення кровотворення і зростання маси еритроцитів.

  Рівень артеріального тиску в перші дні адаптації дещо підвищений. Збільшується лінійна швидкість кровотоку в судинах. Тривале перебування людини в умовах високогір’я призводить до різко вираженої артеріальної гіпотонії.

  У здорових осіб в перші дні після переміщення на відносно великі висоти (3200-3600 м) виявляється зниження венозного тиску, викликане парадоксальній дилатації венозних судин великого кола у відповідь на симпатичну активацію. Транспорт кисню до тканин і клітин полегшується збільшенням кількості функціонуючих капілярів і підвищенням їх проникності.

  Нестача кисню у вдихуваному повітрі призводить до звуження артеріол легенів і підвищенню тиску в малому колі кровообігу – так званої легеневої гіпертензії. Зазвичай легенева гіпертензія починає розвиватися у людини на висоті 1600-2000 м над рівнем моря. При підйомі вище 2500 м ступінь підвищення легеневого артеріального тиску корелює з висотою місцевості і зберігається протягом усього терміну перебування людини у високогір’ї.

 Внаслідок вираженого підвищення тиску в легеневій артерії відбувається збільшення маси правого шлуночка. Гіпертрофія правого шлуночка має оборотний характер, оскільки повернення людини з гір на рівнину призводить до зникнення легеневої гіпертензії і нівелювання гіпертрофії серця.

  Організму корінних жителів високогір’я. Гіпоксичний стан в еволюційному плані є найбільш природним біологічним фактором, що впливає на процеси життєдіяльності організму. З ним організм стикається вже на ранніх етапах свого розвитку. Незалежно від того, на який абсолютній висоті перебуває організм матері, плід до моменту свого народження перебуває в її утробі при дуже низьких значеннях напруги кисню. Лише в останні 3 місяці вагітності приріст маси плода в умовах високогір’я починає відставати, незважаючи на виражене наростання обсягу плаценти, що підтримує необхідні режими його оксигенації. Новонароджені жителі високогір’я мають меншу вагу і зріст, а темпи їх зростання згодом уповільнюються в порівнянні зі стандартами рівнинній місцевості. Статеве дозрівання людей в горах зсувається до 18-20 років, а зростання тіла припиняється лише до 25-30 років. Низький зріст і менша маса при кремезній, міцній статурі є важливим адаптивним антропометричною ознакою жителів високогір’я.

 У жителів високогір’я широка грудна клітка. У них, особливо при функціональних навантаженнях, відбувається перерозподіл вентиляторного потоку повітря в легенях: за рахунок помірного спазму гладенько-м’язового каркаса бронхів нижніх часток більш активно і рівномірно залучаються і верхні частки для вентиляції. Відмінною рисою системи кровообігу жителів високогір’я є високий кров’яний тиск в легеневих артеріях – легенева гіпертензія, наростаюча з висотою місцевості.

  Однією з найважливіших функціональних особливостей жителів гір є здатність їх органів та тканин в набагато більшій мірі утилізувати кисень. Артерія-венозна різниця по кисню у них значно вище в порівнянні з жителями низовини.

   У зв’язку з інтенсивним освоєнням високогірних районів Землі в них відбувається значне переміщення людей з низькогірних і рівнинних регіонів. Вважається, що людина не може постійно жити і оптимально працювати на висоті понад 4000-5500 м над рівнем моря. Належний рівень здоров’я і нормальна працездатність у осіб, що переїхали в суворі умови високогір’я (зниження парціального тиску кисню у вдихуваному повітрі, різкі перепади температури протягом доби, велика сонячна радіація днем, сухість повітря і т.д.), досягаються легше в ході природної адаптації в природних умовах гір (на відміну від барокамерних), з урахуванням індивідуальних особливостей особистості, клімато-метеорологічних факторів і висоти місцевості. Гірські тренування можуть бути різні за тривалістю і інтенсивностю, повільні та прискорені, безперервні та переривчасті.

  Попередня адаптація до гіпоксії збільшує м’язову працездатність. Цей феномен використовується при тренуванні спортсменів на помірних висотах для підвищення їх спортивних показників.

   Володіючи колосальним пристосувальним функціональним потенціалом, організм людини в той же час має свої індивідуальні межі, при перевищенні яких адаптація здійснюється вже за рахунок компенсаторних механізмів, лише тимчасово або частково відшкодовують структурні та енергетичні витрати. Людина при адаптації до високогір’я як би “платить” своїм здоров’ям за можливість жити і працювати в нових, різко змінених умовах навколишнього середовища. Здатність людини до адаптації має властивість маскувати несприятливий вплив на організм екстремальних факторів середовища, шкідливий вплив яких виявляється тільки пізніше.

  Система зовнішнього дихання. В умовах високогір’я розвивається гіпервентиляція. Зазвичай на висоті 1000 м над рівнем моря легенева вентиляція починає збільшуватись за рахунок глибини дихання, а на висоті 2000 м – виникає і часте дихання. На висотах понад 3000 м подих стає періодично неритмічним.

  Посилена вентиляція легенів приводить до їх розширення, розкриття резервних альвеол, зростання альвеолярної поверхні (поверхні газообміну між легкими і кров’ю). Одночасно з цим збільшується залишковий об’єм легенів за рахунок зменшення резервного об’єму видиху, завдяки якій обсяг альвеолярного повітря (функціональна залишкова ємність), стає більше. Збільшена вентиляція легень призводить до альвеолярної гіпервентиляції. В результаті цього знижується парціальний тиск СО2 в альвеолярному повітрі, а парціальний тиск О2 знижується в меншій мірі, ніж в атмосферному повітрі.

  У перші дні перебування людини в горах життєва ємкість легень знижується. Це пов’язано з підйомом діафрагми в результаті здуття кишечника і підвищенням тонусу дихальних м’язів, що забезпечують вдих і видих. У наступні дні високогірній адаптації ємність легенів нормалізується.

   Основний обмін, терморегуляція, травлення, харчування. В “аварійну” фазу адаптації людини до великих висот виникає невідповідність між споживанням і доставкою кисню до тканин – так званий “гіпоксичний парадокс”: при нестачі кисню в атмосферному повітрі кисневий запит організму зростає. Останнє залежить від посилення роботи серця, підвищення тонусу скелетних м’язів, додаткового синтезу гемоглобіну і утворення еритроцитів, зростання частоти і глибини дихання, що вимагає збільшення витрати енергії на роботу дихальних м’язів, і ін. Висока активність симпатоадреналової системи в цей період також призводить до підвищенню енергетичних витрат усіма тканинами організму.

  Таким чином, в ранній період перебування людини в горах організм витрачає більше енергії, ніж в долині. Тому основний обмін підвищений, причому, чим більше висота, тим вище основний обмін. У середньогір’ї обмін, як правило, не змінений. Особливо різкий приріст основного обміну у людей в горах відбувається при низькій температурі через включення механізмів терморегуляції, що змінюють напрямок енергетичного обміну. На холоді зростає терморегуляційна теплопродукція бурої жирової тканини і скелетних м’язів, коефіцієнт корисної дії м’язового скорочення знижується і більше енергії переходить в тепло. Тому перебування в горах при низькій температурі навколишнього середовища призводить до більшого підвищення основного обміну, ніж в теплу пору року.

  При тривалому проживанні людини в горах поступово, протягом декількох місяців і навіть років, відбуваються зміни, спрямовані на економізацію метаболічних процесів в організмі. Це виражається в зниженні активності симпатоадреналової системи і тонусу скелетних м’язів, має місце уражень частоти серцебиття і дихання, витрата енергії при м’язовому скороченні перерозподіляється в бік збільшення коефіцієнта корисної дії (більше енергії йде на механічний ефект і менше на теплоутворення). Все це, в підсумку, призводить до зниження основного обміну до норми, а іноді і нижче, ніж на рівнині. Проте, в “ядрі” тіла людини температура підтримується на нормальному рівні при значних її коливаннях в “оболонці” – шкірі.

   При адаптації людей до високогір’я у них відзначена висока активність вуглеводного обміну. Але при цьому рівень глюкози в крові може бути в межах норми, вище її або нижче, що залежить від того, дія яких гормонів переважає – наднирників або підшлункової залози: інсулін знижує вміст глюкози в крові, а глюкокортикоїди і адреналін – підвищують. В умовах гір глюкоза в тканинах організму, особливо при тривалій адаптації, окислюється краще, ніж на рівнині. Це забезпечується наступними механізмами. По-перше, в гірській середовищі в багатьох органах і тканинах відбувається збільшення кількості капілярів, завдяки чому зростає приплив крові до органу, а значить, і кисню. По-друге, у міру адаптації до високогір’я, в тканинах зростає кількість мітохондрій, зростає активність мітохондрій-альних окислювальних ферментів. Вищеописані зміни створюють передумови для збільшення доставки кисню до тканин і покращують його використання. Тому, наприклад, для скорочення скелетних м’язів в умовах гір енергія аеробних процесів використовується в більшій мірі, ніж анаеробних.

  Збільшення втрат води організмом відбувається одночасно з посиленим розпадом білків і жирів в зв’язку з активацією глюконеогенезу в печінці. Поряд з цим, в ранні терміни адаптації до гір організмом витрачається збільшена кількість енергії при неповному її відшкодування через поганий апетит, порушень травлення і всмоктування в шлунково-кишковому тракті. Наприклад, при короткочасному підйомі в високогір’ї ( 5000-6000 м) калорійність їжі становить замість витрачених 4500-5000 кал/доба  всього 2200-2400 кал/доба на людину. У підсумку, в початковий період пристосування до гір людина худне.

   Харчування людини, яка прибула в гори, відрізняється не тільки за величиною калорійності, але і за складом. Оскільки головним енергетичним продуктом в організмі в цей період є вуглеводи, то і до складу харчового раціону має входить більше вуглеводів. У тренованої групи людей рідка їжа, що містить 68% вуглеводів і 20% жирів від добової калорійності, пом’якшувала прояви гірської хвороби, покращувала самопочуття і працездатність більшою мірою, ніж звичайна в контролі. При вживанні великої кількості білка відбувається його посилене руйнування і перетворення в вуглеводи (глюконеогенез). Повноцінні білки в їжі потрібні для збереження їх пластичної функції (синтезу різних ферментів, побудови клітинних мембран та ін.). Перераховані вище особливості вуглеводного обміну вимагають включення в харчовий раціон водорозчинних вітамінів, особливо вітаміну В, який бере участь у вуглеводному обміні.

   Оскільки глюкоза в умовах гір окислюється в організмі людини краще, а жири і білки посилено переходять в вуглеводи, то цукровий діабет, ожиріння і атеросклероз у людей в горах спостерігається рідше, ніж на рівнині.

3.5 11 голосів
Рейтинг статті
0
Ми любимо ваші думки, будь ласка, прокоментуйте.x
()
x