В горах кислорода меньше или больше: покорить или умереть? – Москва 24, 11.05.2016

Высотная адаптация. Как человеческий организм приспосабливается к жизни в горах

Откровенно говоря, организм среднестатистического человека донельзя плохо приспособлен к условиям высокогорья. Эволюция создавала нас явно не для этого. Становление биологического облика Homo sapiens происходило вовсе не на заоблачных Гималайских высотах — в каких-то жалких сотнях метров над уровнем моря. Поэтому наш организм хорошо переносит лишь небольшой диапазон атмосферных давлений, а жизнь человека на высотах от 2500 метров натыкается на ряд проблем. С ростом высоты атмосферное давление снижается по экспоненте. Например, на высоте пять тысяч метров оно составляет лишь около половины от нормального давления на уровне моря. Так как общее давление воздуха падает, то и давление каждого из его компонентов (парциальное давление), в том числе и кислорода, уменьшается. А значит, альпинисту на пятикилометровой высоте с каждым вздохом будет доставаться в два раза меньше кислорода, чем скучному обывателю, живущему на уровне моря.

Вид на гору Эверест. Ее высота — 8848 метров над уровнем моря. Фото: ValentinoPhotography / Фотодом / Shutterstock

Чаще всего восходители сталкиваются с острой горной болезнью — именно ее симптомы автор этих строк ощутил на себе. Механизм ее развития до сих пор не изучен до конца, но, вероятно, он имеет общие корни с другим опаснейшим врагом альпинистов — высотным отеком мозга.

В условиях низкого атмосферного давления и нехватки кислорода (гипоксии) в мозге происходит цепочка процессов, приводящих к нарушению кровообращения, легкому отеку и увеличению внутричерепного давления. В той или иной мере горная болезнь появляется почти у всех восходителей, и чаще всего ее симптомы исчезают через несколько дней. Если же дело дошло до высотного отека мозга, жизнь альпиниста оказывается в смертельной опасности и требуется немедленная эвакуация.

Еще одна, по-настоящему парадоксальная высотная болезнь — высотный отек легких. Природа всегда экономна, и для оптимизации кровоснабжения органа дыхания в нашем организме работает механизм гипоксического сужения сосудов (по-научному — вазоконстрикции). При разном положении тела различные участки легкого могут сдавливаться и недополучать воздух. Если какой-то части легкого не хватает кислорода, то сосуды в ней сокращаются. В идеале это должно приводить к перераспределению кровотока между участками легких и обеспечивать организму максимальное поступление кислорода в любой ситуации. Так и происходит при нормальном атмосферном давлении. А в горах, при острой гипоксии, этот механизм приводит к судорожному сокращению всей сосудистой сети легких, что еще больше затрудняет и без того нелегкое добывание кислорода из разреженного воздуха. Одновременно вазоконстрикция поднимает давление в сосудах, заставляя плазму крови просачиваться через стенки капилляров. Заполняя просветы альвеол, она вспенивается при каждом вдохе и снижает эффективный объем легких. Высотный отек легких крайне опасен для жизни и настигает в среднем 4% альпинистов выше отметки в 4500 метров.

Гора Канкар-Пунсум. Ее высота — 7 570 метров над уровнем моря. Вероятно, самая высокая непокоренная вершина в мире. Фото: Gradythebadger / Wikipedia

Красные кровяные тельца, эритроциты, — ключевой компонент системы транспорта кислорода в организме. Именно они, а точнее белок гемоглобин, которым они забиты под завязку, улавливает кислород в легких, разносит его по телу и отдает тканям в капиллярах наших органов. Через одну-две недели пребывания на высоте количество эритроцитов, а значит, и содержание гемоглобина в крови возрастает. Одновременно растет ее кислородная емкость и устойчивость человека к гипоксии. Но до сих пор оставался непонятен феномен быстрой акклиматизации. Почему часто всего несколько дней, проведенных на высоте, ставят на ноги человека, страдающего острой горной болезнью? Недавняя статья, опубликованная в журнале Journal of Proteome Research, проливает свет на этот процесс. Оказывается, все самые захватывающие события в эти первые несколько суток на высоте происходят не снаружи, а внутри наших эритроцитов.

Физиологам давно известно, что гемоглобин эффективнее связывает кислород в более щелочной среде (при повышении значения pH), а отдача кислорода лучше происходит при увеличении кислотности (низкие рН). Углекислый газ, растворяясь в крови, дает слабую углекислоту. При этом углекислый газ образуется в тканях, а удаляется из организма в легких с выдохом. Получается, что большое количество углекислого газа в тканях заставляет гемоглобин охотнее отдавать кислород, а его малая концентрация в легких, наоборот, стимулирует гемоглобин захватывать кислород. Этот эффект получил у физиологов название эффект Бора. Он прекрасно работает на уровне моря, но вот в горах этот изящный природный механизм начинает барахлить. С высотой давление воздуха, а значит, и парциальное давление углекислого газа в нем стремительно падает. Углекислый газ уходит из крови, а кровь защелачивается. Гемоглобин начинает все хуже отдавать связанный кислород в тканях. Выход из сложившейся ситуации очевиден: нужно срочно закислить кровь, ну или хотя бы цитоплазму эритроцитов. Исследования показали, что так все и происходит.

Если эритроцит находится в состоянии нормоксии, то есть нормально обеспечен кислородом, разложение глюкозы в нем идет по пентозофосфатному пути. Этот путь — каскад биохимических реакций, за счет которых синтезируется вещество НАДФ•H — очень ценная молекула-восстановитель. Она необходима эритроциту для ремонта постоянно окисляемой клеточной мембраны. Ведь через мембрану непрерывно проходит огромный поток агрессивного окислителя — кислорода, буквально обугливая ее молекулы-фосфолипиды.

Вулкан Эльбрус — самая высокая горная вершина России и Европы. Ее высота — 5642 метра над уровнем моря. Фото: LxAndrew / Wikipedia

Параллельно существует другой важнейший метаболический путь — гликолиз, генерирующий энергию и вырабатывающий кислый продукт обмена — молочную кислоту. Однако при нормоксии он максимально заторможен. Так происходит из-за того, что ферменты, необходимые для его реализации, прочно связаны с мембранным белком, имеющим странное название — анионный транспортный белок полосы 3 (он называется так потому, что при разделении белков эритроцитов методом гель-электрофореза его нашли в третьей полосе).

А теперь хозяин наших эритроцитов оказывается в высокогорье, и у него начинается нехватка кислорода — гипоксия. Как только в клетке появляется достаточно гемоглобина, свободного от кислорода, он взаимодействует с белком полосы 3, выпуская на волю ферменты гликолиза, начинающие разлагать глюкозу до молочной кислоты. Уже на следующий день после подъема на высоту этот сдвиг начинает медленно, но верно увеличивать содержание молочной кислоты в клетке, компенсируя недостаток углекислоты и заставляя гемоглобин лучше отдавать кислород в тканях. К началу третьей недели на высоте эти метаболические изменения выходят на плато, и акклиматизацию альпиниста можно считать законченной.

Вообще, уникальность высокогорья в том, что оно поставило человека в тяжелые условия, выработать к которым культурную адаптацию оказалось решительно невозможно. Теплая одежда, крыша над головой и огонь в очаге просты и отлично защитят от холода и непогоды. Но что делать с недостатком кислорода? Газовые баллоны и барокамеры предполагают высокий уровень технологии, ставший доступным только в последние 100 лет. Но неугомонную эволюцию всегда было тяжело поставить в тупик. И там, где технология оказалась бессильна, на помощь пришел беспощадный естественный отбор. Тысячи лет жизни на высоте обеспечили коренным народностям горных регионов уникальные механизмы устойчивости.

Наиболее исследованы андский и тибетский типы адаптации. У коренного населения Анд — индейцев кечуа и аймара — объем легких больше, а частота дыхания на высоте ниже, чем у пришельцев снизу. По сравнению с жителями равнины и даже с тибетцами в их крови гораздо больше эритроцитов, переносящих кислород, а значит, и гемоглобина. Это позволяет их крови эффективнее захватывать кислород в легких и переносить его в ткани.

Женщина народа кечуа на соляных террасах в перуанских Андах. Фото: Christian Vinces / Фотодом / Shutterstock

Генетические анализы показывают наследственность этих признаков, но одновременно все они очень похожи на изменения, происходящие в организме человека, недавно поселившегося в высокогорье. Кечуа и аймара пришли в Анды примерно 11 тысяч лет назад. Этого времени едва хватило для начала эволюционных процессов. Такой «поверхностный» тип адаптации привел к тому, что кечуа и аймара чувствуют себя на высоте гораздо увереннее жителей равнины. Но одновременно это принесло свои проблемы. Среди аборигенного населения Анд высока распространенность состояния, получившего название хронической горной болезни (не путать с острой!). Высокое содержание эритроцитов в крови приводит к ее загустению и увеличивает давление в сосудах легких. И без того умеренный темп дыхания, характерный для аймара и кечуа, с возрастом снижается, приводя к постоянному недостатку кислорода и еще большему росту содержания гемоглобина. Хроническая горная болезнь появляется лишь при длительной жизни в высокогорье, обычно в пожилом возрасте, и исчезает при переселении вниз.

Гораздо более глубокие адаптации обнаружились у горцев Центральной Азии. Выяснилось, что у тибетцев и этнически близких к ним шерпов резко повышена частота дыхания. При этом, вопреки ожиданиям, у них лишь слегка увеличен гемоглобин — 16,9 г/100 мл при норме в 13−15 г для человека на уровне моря. В то же время по сравнению с обычными людьми их ткани производят почти в два раза больше окиси азота — одного из главных сосудорасширяющих факторов в организме человека. Именно поэтому их капиллярное русло намного шире, чем у жителей более низких районов. А главное, это помогает им избежать одной из главных физических проблем всех альпинистов — гипоксической вазоконстрикции. В норме у большинства тибетцев и шерпов этот гибельный для альпинистов рефлекс вообще не работает. Поэтому высотный отек легких у них — редкость.

Носильщик в Непале. Фото: Rickson Davi Liebano / Фотодом / Shutterstock

Исследования показывают, что коренное население Тибета и Гималаев мигрировало в эти места около 25 000 лет назад. Этого времени эволюции уже хватило, чтобы приспособить их организмы к суровым горным условиям на качественно лучшем уровне, чем у индейцев Анд. Исследования генома тибетцев показали, что они обладают своеобразными вариантами генов EGLN1, PPARA и EPAS1, кодирующих белки, которые участвуют в созревания новых эритроцитов. Еще одним важнейшим геном этого ряда оказался EPAS1. По-видимому, тибетские варианты этих генов блокируют избыточное образование эритроцитов, не доводя дело до хронической горной болезни. Однако самое захватывающее выяснилось при анализе однонуклетидных полиморфизмов — отличий в структуре гена на отдельный нуклеотид. Оказалось, что тибетский вариант гена EPAS1, ассоциированный со сниженным содержанием гемоглобина в крови, уникален и совпадает с вариантом этого гена, найденного в геноме денисовского человека. Того самого загадочного гоминида, чья фаланга пальца была найдена в Денисовой пещере на Алтае и который умудрился оставить свой след в геноме меланезийцев и, как мы теперь знаем, помог тибетцам приспособиться к суровым горным условиям.

 Дмитрий Лебедев

«ДЫШИТЕ — НЕ ДЫШИТЕ» | Наука и жизнь

Ученые-физиологи утверждают, что недостаток кислорода в ряде случаев может быть полезен для организма и даже способствует излечиванию от многих болезней.

Недостаток кислорода в органах и тканях (гипоксия) возникает по разным причинам.

Лауреат Государственной премии Украины профессор А. 3. Колчинская. Под ее руководством была создана компьютерная программа, оценивающая работу органов дыхания, а также разработана система гипоксической тренировки.

Сеанс гипоксической тренировки. Несколько минут пациент дышит через гипоксикатор, потом снимает маску и дышит обычным воздухом. Процедура повторяется четыре—шесть раз.

‹

›

Можно разучиться плавать или ездить на велосипеде, но дыхание — процесс, протекающий помимо нашего сознания. Специального обучения тут, слава богу, не требуется. Может быть, поэтому большинство из нас имеет крайне приблизительные представления о том, как мы дышим.

Если спросить об этом у человека, далекого от естественных наук, ответ, скорее всего, будет следующим: мы дышим легкими. На самом деле это не совсем так. Человечеству понадобилось более двухсот лет, чтобы понять, что такое дыхание и в чем его суть.

Схематически современную концепцию дыхания можно представить следующим образом: движения грудной клетки создают условия для вдоха и выдоха; мы вдыхаем воздух, а с ним и кислород, который, проходя трахею и бронхи, поступает в легочные альвеолы и в кровеносные сосуды. Благодаря работе сердца и содержащемуся в крови гемоглобину кислород доставляется ко всем органам, к каждой клетке. В клетках имеются мельчайшие зернышки — митохондрии. В них-то и происходит переработка кислорода, то есть осуществляется собственно дыхание.

Кислород в митохондриях «подхватывается» дыхательными ферментами, которые доставляют его уже в виде отрицательно заряженных ионов к положительно заряженному иону водорода. При соединении ионов кислорода и водорода выделяется большое количество тепла, необходимого для синтеза основного накопителя биологической энергии — АТФ (аденозинт-рифосфорной кислоты). Энергия, выделяющаяся при распаде АТФ, используется организмом для осуществления всех жизненных процессов, для любой его деятельности.

Так протекает дыхание в нормальных условиях: то есть в воздухе содержится достаточное количество кислорода, а человек здоров и не испытывает перегрузок. Но что происходит, когда баланс нарушается?

Систему дыхания можно сравнить с компьютером. В компьютере есть чувствительные элементы, через которые информация о ходе процесса передается в центр управления. Такие же чувствительные элементы имеются и в дыхательной цепочке. Это хеморецепторы аорты и сонных артерий, передающие информацию о снижении концентрации кислорода в артериальной крови либо о повышении в ней содержания углекислого газа. Происходит так, например, в тех случаях, когда во вдыхаемом воздухе уменьшается количество кислорода. Сигнал об этом через специальные рецепторы передается дыхательному центру продолговатого мозга, а оттуда идет к мышцам. Усиливается работа грудной клетки и легких, человек начинает дышать чаще, соответственно улучшаются вентиляция легких и доставка кислорода в кровь. Возбуждение рецепторов сонных артерий вызывает также учащение сердечных сокращений, что усиливает кровообращение, и кислород быстрее доходит к тканям. Этому способствует и выброс в кровь новых эритроцитов, а следовательно, и содержащегося в них гемоглобина.

Именно этим объясняется благотворное влияние горного воздуха на жизненный тонус человека. Приезжая на горные курорты — скажем, на Кавказ, — многие замечают, что настроение у них улучшается, кровь будто бежит быстрее. А секрет прост: воздух в горах разреженный, кислорода в нем меньше. Организм работает в режиме «борьбы за кислород»: чтобы обеспечить полноценную доставку кислорода к тканям, ему необходимо мобилизовать внутренние ресурсы. Учащается дыхание, усиливается кровообращение, и как следствие жизненные силы активизируются.

Но если подняться выше в горы, где в воздухе содержится еще меньше кислорода, организм будет реагировать на его нехватку совсем по-другому. Гипоксия (по-научному — недостаток кислорода) будет уже опасна, и в первую очередь от нее пострадает центральная нервная система.

Если кислорода не хватает для поддержания работы головного мозга, человек может потерять сознание. Сильная гипоксия иногда приводит даже к смерти.

Но гипоксия не обязательно вызывается низким содержанием кислорода в воздухе. Ее причиной могут послужить те или иные болезни. Например, при хроническом бронхите, бронхиальной астме и различных заболеваниях легких (пневмония, пневмосклероз) не весь вдыхаемый кислород поступает в кровь. Результат — недостаточное снабжение кислородом всего организма. Если в крови мало эритроцитов и заключенного в них гемоглобина (как это бывает при анемии), страдает весь процесс дыхания. Можно дышать часто и глубоко, но доставка кислорода к тканям существенно не повысится: ведь именно гемоглобин отвечает за его транспорт. Вообще система кровообращения напрямую связана с дыханием, поэтому перебои в сердечной деятельности не могут не повлиять на доставку кислорода к тканям. К гипоксии ведет и образование тромбов в кровеносных сосудах.

Итак, работа дыхательной системы разлаживается при существенном недостатке кислорода в воздухе (например, высоко в горах), а также при различных заболеваниях. Но оказывается, что человек может испытывать гипоксию, даже если здоров и дышит насыщенным кислородом воздухом. Это происходит при увеличении нагрузки на организм. Дело в том, что в активном состоянии человек потребляет значительно больше кислорода, чем в спокойном. Любая работа — физическая, интеллектуальная, эмоциональная — требует определенных энергетических затрат. А энергия, как мы выяснили, генерируется при соединении кислорода и водорода в митохондриях, то есть при дыхании.

Конечно, в организме есть механизмы, регулирующие поступление кислорода при увеличении нагрузки. Здесь осуществляется тот же принцип, что и в случае с разреженным воздухом, когда рецепторы аорты и сонных артерий регистрируют снижение концентрации кислорода в артериальной крови. Возбуждение этих рецепторов передается коре больших полушарий головного мозга и всем его отделам. Усиливаются вентиляция легких и кровоснабжение, что предотвращает снижение скорости доставки кислорода к органам и клеткам.

Любопытно, что организм в ряде случаев заранее может принимать меры против гипоксии, в частности возникающей при нагрузке. Основа этого — прогнозирование будущего увеличения нагрузки. На этот случай в организме также есть особые чувствительные элементы — они реагируют на звуковые, цветовые сигналы, изменения запаха и вкуса. Например, спортсмен, услышав команду «На старт!», получает сигнал к перестройке работы дыхательной системы. В легкие, в кровь и к тканям начинает поступать больше кислорода.

Однако нетренированный организм зачастую не способен наладить полноценную доставку кислорода при значительной нагрузке. И тогда человек страдает от гипоксии.

Проблема гипоксии давно привлекала внимание ученых. Серьезные разработки велись под руководством академика Н. Н. Сиротинина в Институте физиологии им. А. А. Богомольца АН УССР. Продолжением этих исследований стала работа профессора лауреата Государственной премии Украины А. 3. Колчинской и ее учеников. Они создали компьютерную программу, позволяющую оценивать работу дыхательной системы человека по различным показателям (объем вдыхаемого воздуха, скорость попадания кислорода в кровь, частота сердечных сокращений и т. д.). Работа велась, с одной стороны, со спортсменами и альпинистами и с другой — с людьми, страдающими теми или иными заболеваниями (хроническим бронхитом, бронхиальной астмой, анемией, диабетом, маточными кровотечениями, детским церебральным параличом, близорукостью и др.). Компьютерный анализ показал, что даже те болезни, которые, казалось бы, не имеют прямого отношения к дыхательной системе, отрицательно на ней отражаются. Логично предположить и обратную связь: функционирование системы дыхания может отразиться на состоянии всего организма.

И тогда возникла идея гипоксической тренировки. Вспомним: при небольшом снижении количества кислорода в воздухе (например, в предгорье) организм активизирует жизненные силы. Дыхательная система перестраивается, приспосабливаясь к новым условиям. Увеличивается объем дыхания, усиливается кровообращение, происходит наращивание эритроцитов и гемоглобина, увеличивается число митохондрий. Таких результатов можно добиться и в клинических условиях, обеспечив пациенту приток воздуха с пониженным содержанием кислорода. Для этого был создан специальный аппарат — гипоксикатор.

Но ведь человек не может постоянно быть подключенным к аппарату. Необходимо добиться устойчивых результатов, качественных изменений в системе дыхания. С этой целью было решено разбить сеанс гипоксического воздействия на серии: оказалось, что именно при таком режиме механизмы, наработанные организмом для адаптации к гипоксии, закрепляются. Несколько минут пациент дышит через гипоксикатор (содержание кислорода в подаваемом воздухе составляет 11 — 16%), потом снимает маску и какое-то время дышит обычным воздухом. Такое чередование повторяется четыре—шесть раз. В результате от сеанса к сеансу тренируются органы дыхания, кровообращения, кроветворения и те органеллы клеток, которые принимают участие в утилизации кислорода, — митохондрии.

Для каждого пациента режим интервальной гипоксической тренировки подбирается индивидуально. Важно определить ту концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе, при которой в организме начнут действовать механизмы адаптации к гипоксии. Конечно, для спортсмена и для больного бронхиальной астмой эти концентрации неодинаковы. Поэтому перед тем, как назначить курс лечения, делают гипоксическую пробу, которая определяет реакцию организма на вдыхание воздуха с пониженным содержанием кислорода.

Сегодня гипоксическая тренировка уже доказала свою эффективность при лечении самых разнообразных болезней. Преяеде всего, конечно, при заболеваниях дыхательных путей, таких как

обструктивный хронический бронхит и бронхиальная астма. Уже одно это более чем оправдывает труд ученых, разработавших метод. Но самое удивительное, что с его помощью поддаются лечению и те болезни, которые, на первый взгляд, вообще не имеют отношения к дыханию.

Например, как показал Б. X. Хацуков, метод оказался эффективен при лечении близорукости. Более 60% близоруких детей, с которыми был проведен курс гипоксическои тренировки, полностью восстановили зрение, у остальных оно значительно улучшилось. Дело в том, что причиной близорукости является плохое кровоснабжение и снабжение кислородом реснитчатой мышцы глаза и затылочных долей коры головного мозга, регулирующих зрение. У близоруких детей система дыхания отстает в возрастном развитии. А при ее нормализации зрение восстанавливается.

А. 3. Колчинская и ее ученики М. П. Закусило и 3. X. Абазова провели удачный эксперимент по применению гипоксическои тренировки для лечения гипотериоза (пониженной активности щитовидной железы). При вдыхании пациентом воздуха с пониженным содержанием кислорода его щитовидная железа начала вырабатывать большее количество гормонов. Через несколько сеансов содержание гормонов в крови стало нормальным.

В настоящее время в России и странах СНГ работает уже довольно много специализированных центров гипоксическои терапии. В этих центрах успешно лечат больных анемией, ишеми-ческой болезнью сердца, гипертонией в начальной стадии, нейроциркуляторной дистонией, сахарным диабетом, некоторыми гинекологическими заболеваниями.

Хорошие результаты достигнуты и в тренировке спортсменов. После 15-дневного курса гипоксическои тренировки максимальное потребление кислорода у велосипедистов, гребцов и лыжников увеличивается на 6%. При обычной систематической спортивной тренировке на это уходит около года. А ведь дыхание в таких видах спорта — залог успеха. Кроме того, как мы знаем, от него зависит общее состояние организма, его потенциал.

Эффект гипоксическои тренировки сродни закалке или утренней гимнастике. Точно так же, как мы тренируем мышцы или повышаем иммунитет, обливаясь холодной водой, можно «натренировать» дыхательную систему. Жаль только, что в домашних условиях такую гимнастику не сделаешь. Пока еще за здоровье приходится платить.

Биологи выяснили, почему горный воздух полезен для здоровья

+ A —

Чтобы получить ответ, ученые сами отправились в горы

В условиях высокогорья организм человека приспосабливается к кислородному голоданию, и ранее отмечалось, что изменения эти полезны для здоровья. Однако ни механизмы, задействованные в этом процессе, ни причины, по которым горный воздух столь полезен, до сих пор не были изучены до конца. Восполнить этот пробел решили американские ученые из Университета Колорадо.

Чтобы получить ответы на интересующие вопросы, биологи сами поднялись на высоту свыше пяти километров, после чего изучали изменения, происходящие в собственном организме, как прислушиваясь к собственным ощущениям, так и проходя различные тесты. Первое, на что обратила внимание Лорен Орсмэн, один из авторов исследования — после подъёма даже физические задачи, в прошлом казавшиеся простыми и будничными, становились несравнимо более сложными. Однако некоторое время спустя горный воздух переставал оказывать подобный эффект на организм, и на смену усталости приходила бодрость, сохранить которую удавалось и после того, как эксперимент завершился.

Первоначальный эффект объясняется тем, что на высоте в 5 260 километров воздух содержит почти в два раза меньше кислорода, чем на уровне моря. Долгое время считалось, что организм приспосабливается к этому, активно производя новые эритроциты, или красные кровяные тельца — клетки, необходимые для доставки кислорода из лёгких по всему организму. Однако на то, чтобы произвести достаточное количество таких клеток, необходимы недели, а люди начинают чувствовать себя комфортно в горах значительно раньше — даже у не самых физически подготовленных на это уходит всего лишь несколько дней.

Как выяснили исследователи, на самом деле биологический механизм приспособления организма к большой высоте значительно сложнее, чем представлялось до сих пор. Как оказалось, содержащийся в цитоплазме эритроцитов гемогломин особым образом изменялся, что позволяло ему лучше связывать кислород. Ранее подобный процесс наблюдался в лабораторных условиях, но никогда в организме человека или на высоте. Как отмечают специалисты, подстраиваться под новые условия организм начинал в первый же день. Более того, как выяснили учёные, изменения сохраняются в течение нескольких недель, а может быть, и месяцев после того, как человек спускается с гор.

Специалисты рассчитывают, что полученные ими данные могут найти применение в медицине, а также оказаться полезны для туристов и любителей кататься на горных лыжах. Исследование учёных представлено на страницах научного издания Journal of Proteome Research.

ЗАМЕТКИ ФИЗИОЛОГА

При использовании материалов с сайта ссылка на источник обязательна!

В.С.Фарфелъ

Статья из сборника «Побежденные вершины» 1948г.

 

Во всей большой истории стремлений человечества познать строение земной коры и неизведанные ее районы трудно найти такие путешествия, которые не требовали бы от их участников, большого напряжения физических и духовных сил. Но из всех этих походов едва ли не наиболее ответственными по многообразию требований, предъявляемых к организму исследователя, являются высокогорные экспедиции. Требования эти настолько значительны, что преодоление высоких горных вершин возможно лишь при наличии специальной подготовки для этой цели и особой тренировки.

Нормальное физическое развитие, наличие определенных двигательных навыков, владение тонкой техникой скалолазания и передвижения по трудным снежным и ледяным покровам гор, высокое развитие сложных психофизических качеств — ловкости, выносливости, силы, не говоря уже о воле и упорстве, — все это необходимо для успешного горовосхождения. В нашей стране покорение горных вершин стало уделом не только специалистов-географов, но и в первую очередь спортсменов, а горовосхождения превратились в интересный, увлекательный и столь нужный вид спорта — альпинизм, выросший у нас в СССР из увлечения одиночек-энтузиастов в подлинно массовое движение.

Своеобразны условия, в которых действует восходитель. Альпинист попадает в условия солнечной радиации, значительно более сильной, чем на уровне моря. Ему приходится бороться с сильными ветрами, буранами, туманами; много и других опасностей — невидимые трещины ледников, камнепады, лавины — встречает он на своем пути. Но многие эти условия и трудности — если не вместе, то в отдельности — могут встретиться не только в высокогорье, но и в низинах. Сложные климатические условия, трудный тяжелый путь, отвесные скалы существуют и на высотах, не превышающих подчас и тысячи метров. Есть, однако, трудность, которая не встречается нигде, кроме как на больших горах — это сама высота. Высота характеризуется прежде всего пониженным атмосферным давлением, а вместе с тем и пониженным парциальным давлением кислорода. Последнее изменяется в пределах горных высот в точном соответствии с изменением атмосферного давления, поскольку содержание кислорода в смеси газов, составляющих воздух, остается на таких высотах неизменным, около 21%.

Парциальное давление кислорода принадлежит к категории тех величин, которые определяют работоспособность и самую жизнь организма. Снабжение тканей организма необходимым для их существования кислородом зависит от того, насколько полно происходит насыщение крови этим газом. Степень же насыщения крови кислородом определяется его парциальным давлением. Кислород не просто растворяется в крови: слишком низка для этого степень его растворимости в ней, чтобы обеспечить потребность тканей в кислороде. Кислород в крови вступает в химическую связь с гемоглобином, обладающим удивительнейшим свойством, способностью почти полностью насыщаться кислородом при относительно малом содержании последнего в воздухе. В воздухе, содержащем, как сказано выше, около 21 % кислорода, при нормальном атмосферном давлении, равном на уровне моря 760 мм ртутного столба, парциальное давление кислорода составляет 21 % от 760, т. е. 159 мм ртутного столба. В глубине легких, в альвеолах, где кислород поступает в кровь, содержание его значительно ниже, около 14%. Поэтому парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет всего 100—105 мм ртутного столба. Несмотря на это, гемоглобин крови, протекающей через легкие, насыщается кислородом почти полностью — на 96%. Лишь несколько частиц гемоглобина из сотни окажутся свободными от кислорода.

Этой способностью гемоглобина — почти полностью насыщаться кислородом при столь малом его парциальном давлении — 100 мм ртути — не исчерпываются его изумительные свойства. Особенно ярко они сказываются тогда, когда мы переходим в область пониженного атмосферного давления, в зону еще более низкого парциального давления кислорода. Оказывается, что степень насыщения гемоглобина кислородом отнюдь не стоит в простой пропорциональной зависимости от парциального давления кислорода. Последнее может сильно снижаться, но степень насыщения гемоглобина кислородом, несмотря на это, уменьшится незначительно. Цифры убедительно иллюстрируют сказанное нами.

Высота над уровнем моря в метрах	Атмосферное давление	Парциальное давление кислорода в мм. рт. ст. в наружнем воздухе	Парциальное давление кислорода в мм. рт. ст. в альвеолярном воздухе легких	Процентное насыщение гемоглобина кислородом
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

 

Эти данные показывают, что даже тогда, когда парциальное давление кислорода в легких уменьшится вдвое, гемоглобин окажется еще насыщенным на 80%. Благодаря этому удивительному свойству гемоглобина жадно присоединять к себе кислород даже при малых его давлениях оказывается возможным передвижение человека и жизнь его в горах. Конечно, 20—30% гемо­глобина, ненасыщенного кислородом, дают о себе знать, и организм испытывает в этих условиях явный кислородный «голод». Из цифр таблицы можно рассчитать, что на высоте Эльбруса, равной примерно 5600 м, давление составляет около 1/2 атмосферного и что гемоглобин насыщен кислородом немногим более 70%.

Как известно, явления кислородной недостаточности проявляются не только на «пятитысячниках», но и на значительно меньших высотах. Нетренированные к пребыванию на горных высотах люди жалуются на одышку уже на высоте 1500—2000 м, где насыщение гемоглобина крови кислородом всего лишь на несколько процентов ниже нормы. Естественно было бы предположить, что каждый процент снижения насыщения гемоглобина кислородом отрицательно скажется и на состоянии организма, ограничив его работоспособность. Поэтому важно было возможно точнее выяснить, в какой мере работоспособность человека страдает от высоты, поскольку способность выполнять физическую работу, и притом с тяжелой нагрузкой, особенно требуется от альпиниста-разведчика и покорителя горных вершин. Выполнение же такой работы требует прежде всего доставки тканям больших количеств кислорода, ибо чем напряженнее работа мышц, тем больше они потребляют кислорода: по сравнению с состоянием покоя потребность мышц в кислороде при такой работе может возрастать в 10—15 раз. Только при высоко слаженной деятельности всех физиологических систем, в частности — дыхательной и кровеносной, и высоком уровне деятельности каждой из них можно обеспечить работающие мышцы столь большой массой кислорода.

Малейший недостаток, например, в насыщении гемоглобина кислородом, может снизить и количество поглощаемого кислорода. Таковы были наши предположения, но для доказательства правильности их требовались фактические опытные данные. Необходимы были исследования, чтобы мы могли точно и верно судить о том, в какой мере пребывание на горных высотах снижает работоспособность человека, на каких именно высотах начинается это снижение. Об одной из таких попыток изучения дыхания и работоспособности человека на горных высотах и пойдет здесь речь.

В летние месяцы 1946—1947 гг. физиологическая лаборатория Государственного центрального научно-исследовательского института физической культуры организовала экспедиции в район Главного Кавказского хребта. Описываемые ниже исследования производились в 1946 г. в районе ущелья Адыл-су и ледника Кашка-таш (2200—2800 м) группой В.С.Фарфеля, М.В.Раскина и А.П.Борисова, в 1947 г.— у подножия Эльбруса (1800 м), на «Приюте одиннадцати» (4250 м) и на восточной вершине Эльбруса (5595 м) группой И.М.Фрейдберга, А.П.Борисова и О.М.Шуст.

Испытуемый дышал через дыхательный клапан-маску, оказывающую малое сопротивление дыханию; при вдохе наружный воздух поступал в легкие, при выдохе направлялся клапаном через широкий шланг в большой резиновый мешок. Собранный за определенное время в мешок выдохнутый воздух подвергался затем анализу: определялось его количество, содержание кислорода и углекислого газа. Расчеты позволяли узнать, какое количество кислорода использовал организм, сколько образовалось в нем за это же время углекислоты.

Принятие выдыхаемого воздуха производилось у испытуемого во время работы, бега на месте. Сначала три минуты альпинист бежал в умеренном темпе, и за это время дыхание, кровообращение и другие физиологические функции успевали заметно усилиться. В течение третьей минуты скорость бега возрастала и с начала четвертой минуты наступала максимальная скорость. Такой предельный темп испытуемый старался удержать в течение одной минуты. В это же время последовательно брались пробы выдыхаемого воздуха через каждые пол­минуты в два мешка.

Многочисленные предварительные опыты в нашей лаборатории показали, что таким путем удавалось установить «кислородный потолок» организма, то наибольшее количество кислорода, которое данный человек в состоянии потребить за одну минуту. Эта величина была довольно точным выражением дыхательных возможностей организма, той максимальной интенсивности окислительных процессов, которая может быть достигнута при мышечной работе испытуемого. Опыты над представителями различных видов спорта показали, что наивысшего кислородного потолка достигали высокотренированные мастера спорта, более низкого — менее тренированные спортсмены, самого малого — люди, не занимавшиеся спортом. Величина кислородного потолка, следовательно, тесно связана со степенью тренированности, отражая уровень физической работоспособности.

Поэтому исследования кислородного потолка были для нас основным методом оценки влияния горной высоты на организм. Испытуемыми были как сами экспериментаторы, так и участники двух альпинистских лагерей. Большинство из них исследовались также и в Москве. Количество обследованных на разных высотах достигало 15 человек, и только на вершине Эльбруса был проверен лишь один человек.

Оставляя в стороне частные выводы, мы рассмотрим главные факты. Приняв величину кислородного потолка, обнаруженную у испытуемых в Москве, за единицу, мы выразили по отношению к ней те величины, которые были зарегистрированы на различных высотах.

 

Высота над уровнем моря   в метрах	0	1800	2200	2800	4250	5595
Относительная величина «кислородного потолка»	1	1,01	1,02	0,99	0,84	0,62

Мы видим из этого, что кислородный потолок понижается только на значительных высотах, а по крайней мере до 3000 м он может быть таким же, как и на уровне моря. Это значит, что даже при самой напряженной работе на этих высотах мышцы могут быть обеспечены нужным количеством кислорода, а физическая работоспособность организма, несмотря на значительное падение атмосферного давления, почти на 250 мм ртутного столба, может не снижаться.

Заметное снижение работоспособности начинается лишь на более значительных высотах, вероятно, от 3000 до 3500 м. Во всяком случае на высоте 4250 м предельная работоспособность может уже снижаться на 20%, а на высоте 5500 м, где атмосферное давление падает вдвое, почти на 40%. Понятно, что индивидуальные отклонения могут быть значительными и приведенные нами цифры не могут считаться типичными для любого человека, хотя вместе с тем они и дают общее представление о снижении физической работоспособности, с набором высоты. Эти данные, не стоящие в большом противоречии с данными исследователей, использовавших другие способы, подтвердили правильность положения, установленного практикой альпинизма, что собственно высокогорный климат начинается, примерно, с высоты 3000 м.

Естественно теперь задать себе вопрос: каким же путем организм оказывается способным обеспечить себя предельным количеством кислорода на одних высотах и почему на больших высотах эта способность все более снижается? Ответ на это мы находим не только в цифрах насыщения кислородом гемоглобина, но также и в наблюдениях над максимальным усилением дыхания.

Когда мы говорили о величине кислородного потолка, речь шла о количестве газа, измеряемого при нормальных условиях, обычном давлении и температуре в 0°. Иначе говоря, под единицей объема газа понималась всегда определенная его масса, весовое количество. Когда же речь шла о том, что величина «кислородного потолка» на сравнительно малых высотах не меняется, это означало, что здесь организм может получать в единицу времени одинаково большую массу кислорода. Возникал новый вопрос: какой же объем воздуха должен был проходить для этого через легкие?

Как указывалось нами, содержание кислорода в воз­духе, независимо от давления воздуха, равно приблизительно 21 %. Однако из этого объемного количества организм использует лишь некоторую часть, обычно около 4%, остальные 17% выдыхаются наружу. Поэтому, если потребление кислорода достигает, например, 4 л в минуту, то объем воздуха, проходящего через легкие, должен составлять приблизительно 100 л в минуту.

Если такой объем воздуха вентилирует легкие на уровне моря, то каким же он должен быть, когда организм находится на горных высотах, в условиях разреженного воздуха? При давлении в 760 мм для потребления 4 л кислорода через легкие должно пройти до 100 л воздуха, при меньшем же давлении, например 600 мм, через легкие должен пройти соответственно больший объем воздуха, чтобы масса содержащегося в нем кислорода сохранилась прежней. Объем воздуха, вентилирующего легкие, должен увеличиться в отношении 760:600, т. е. приблизительно на 25%, так как по общеизвестным физическим законам объем воздуха изменяется обратно пропорционально изменению его давления. Когда мы измеряли при определении кислородного потолка объем воздуха, проходящего через легкие, оказалось, что в среднем этот объем действительно увеличивается соответственно снижению атмосферного давления, но только до определенной степени снижения последнего.

Примем величину атмосферного давления Р на уровне — моря равной единице и отнесем к ней соответствующие величины давления на высотах. Также за единицу при­мем мы и объем воздуха V, проходящего через легкие в одну минуту (величина «легочной вентиляции») при определении кислородного потолка на уровне моря и выразим по отношению к этой единице соответствующие величины легочной вентиляции на исследованных высо­тах. Мы получим тогда следующие ряды цифр:

 

Высота над уровнем моря	0	1800	2200	2800	4250	5580
V	1	0,81	0,78	0,73	0,6	0,51
	1	1,25	1,26	1,35	1,39	1,22
P V	1	1,01	0,98	0,99	0,83	0,62

Мы видим, что до высоты 2800 м легочная вентиляция действительно возрастает почти в точном соответствии со снижением атмосферного Давления, отчего произведение давления воздуха Р на его объем V, т. е. PV, практически остается постоянным. Но на больших высотах эта цифра уже резко снижается вследствие недостаточного возрастания объема воздуха, вентилирующего легкие; на вершине же — Эльбруса легочная вентиляция оказалась даже снизившейся. Однако мы еще не уверены в том, что полученная цифра достаточно типична для этой высоты. Дело в том, что в 1947 г. вследствие исключительно неблагоприятных климатических условий экспериментаторам удалось поставить на вершине Эльбруса только одно наблюдение, причем сам испытуемый к моменту опыта был достаточно утомлен трудным восхождением. Вероятно, в более нормальных условиях его легочная вентиляция могла бы достигнуть того же увеличения, что и на «Приюте одиннадцати», но и тогда произведение РV равнялось бы лишь 0,70.

Спрашивается: почему же на больших высотах не может продолжать свое увеличение легочная вентиляция? По той причине, что уже достигнут возможный ее предел. Даже на уровне моря необходимая для обеспечения предельного потребления кислорода легочная вентиляция достигает 100 л воздуха в минуту, а иногда и больше. Возрастание ее до 130—140 л в минуту требует уже предельной нагрузки легких. Дыхание при такой мощной работе достигает частоты 40—60 в минуту, объем каждого дыхания доходит до 3/4 всего возможного объема легких (их жизненной емкости). Это уже предельная глубина дыхания, возможная при наивысшей его частоте.

Теперь станет понятно, почему предельное потребление кислорода сохраняется приблизительно одинаковым до высоты 3000 м, а на больших высотах снижается. До высоты 3000 м объем воздуха, проходящего через легкие, еще может возрастать, чтобы обеспечить поставку нужной организму массы кислорода. На больших же высотах объем легочной вентиляции больше не возрастает, а при сниженной плотности воздуха естественно уменьшается и масса содержащегося в нем кислорода. Поэтому-то при напряженной физической работе снабже­ние кислородом организма на больших высотах будет недостаточным, снизится и мощность выполняемой работы. Снижение кислородного потолка на высоте 4250 м почти на 20% означает, что примерно на такой же процент будет снижена и максимальная работоспособность. К высоте 5500 м она снизится на 30—40 %.

Возникает еще один вопрос: имеет ли прямое отношение к действиям альпиниста в горах такой показатель работоспособности, как кислородный потолок? Такой вопрос был задан мне группой альпинистов, раскинувших летом 1946 г. свой лагерь у ледника Кашка-таш, когда я поделился с ними первыми результатами исследований.

Кислородный потолок, как мы уже говорили выше, определяется при интенсивном беге на месте, соответствующем по напряжению бегу на 400 м. Из этого можно было сделать вывод, что высокий кислородный потолок нужен, видимо, спортсменам, которые на протяжении сравнительно короткого времени развивают высокий темп движения, работая в полную силу. Возражения альпинистов сводились к тому, что им не приходится развивать мощности, типичной для бегуна на короткие дистанции. Альпинистам не нужно мчаться, что называется, во весь дух. От них требуется работа в умеренном темпе, иначе они не смогут совершать длительные восхождения. Не возражая против того, что величийа «кислородного потолка» в известной мере служит измерением работоспособности спортсмена, мои собеседники высказывали сомнение в том, что она отражает и работоспособность альпиниста, что от нее в какой-то степени зависит его выносливость.

Было решено выяснить этот вопрос экспериментальным путем, начав с автозксперимента, т. е. проведенного на самом себе. Подопытным стал сам физиолог; он не был альпинистом, никак нельзя было назвать его и тренированным спортсменом. При многократных испытаниях «кислородного потолка» его организм потреблял не больше 2,5—2,7 л кислорода в минуту. У спортсменов же такого же веса и роста «потолок» составлял 3—4 л, у более выдающихся представителей спорта достигал 5—5,5 л в минуту.

Испытуемому были укреплены на спине нетяжелые газовые часы, регистрирующие количество выдыхаемого воздуха через дыхательную маску. Снаряженный таким образом человек начинал восхождение по склону высотой в 600 м, стремясь пройти этот путь с наивозможной для себя быстротой. Следовавшие с ним ассистенты вели непрерывный подсчет числа дыханий и количества выдыхаемого воздуха, в захваченные резиновые мешки они забирали на пути пробы воздуха для последующего его анализа.

Подъем был совершен за полтора часа, рекордное для данного испытуемого время. Потребление кислорода во время восхождения составляло в среднем 1,93 л в минуту. Как указывалось выше, обычный «кислородный потолок» у этого испытуемого равнялся всего 2,7 л в минуту. Следовательно во время восхождения уровень потребления кислорода составлял примерно 70% от предельной для данного лица величины.

Подобный же опыт был произведен и с молодым, но опытным альпинистом. Он совершил по тому же пути восхождение на ту же высоту, также с возможной для него скоростью, значительно превышавшей ту, которую смог развить нетренированный. Альпинист поднялся, за 52 минуты, потребляя ежеминутно 2,5 л кислорода, что примерно равнялось «кислородному потолку» нетренированного. Это было возможно благодаря тому, что собственный «кислородный потолок» альпиниста был соответственно выше, равняясь обычно 3,5 л в минуту. Как и у первого испытуемого, уровень потребления кислорода при восхождении составлял также 70% «кислородного потолка».

Мы могли сделать теперь вывод, что большая ско­рость восхождения связана и с большим потреблением кислорода в единицу времени, а возможный уровень потребления зависит от «кислородного потолка» испытуемого. Отсюда было ясно, что и размер «кислородного потолка» при всех прочих равных условиях определяет скорость восхождения. Таким образом, если бы «кислородный потолок» альпиниста равнялся не 3,5 л в минуту, а, например, 5 л, он мог бы развить при восхождении еще большую скорость; используя те же 70% своих возможностей, альпинист потреблял бы не 2,5, а 3,5 л кислорода в минуту. Обладая таким «кислородным потолком», он совершил бы восхождение не за 52 минуты, а менее чем за 40 минут.

Опыты были повторены в следующем году на большем числе испытуемых. Исследования проводились на высоте 1800 и 4250 м. Напомним, что «кислородный потолок» на второй высоте, примерно, на 20% ниже; соответственно более низким оказался и уровень потребления кислорода при восхождении. По отношению к «кислородному потолку» на высоте 4250 м он составлял те же 70%, но по отношению к «потолку» высоты 1800 м или уровню моря равнялся всего 55%.

Было просмотрено также, как влияет на величину потребления кислорода вес рюкзака. Если испытуемый, неся груз, также старался совершить подъем возможно быстрее, уровень потребления кислорода оказывался у него таким же, как и при подъеме без груза. Снижалась лишь скорость подъема. В среднем вес испытуемого вместе с рюкзаком был на 22% выше, чем вес самого восходителя, и в то же время скорость восхождения с грузом снижалась на 24%. Это свидетельствовало о том, что в обоих случаях испытуемые развивали примерно одинаковую мощность работы, потребляя при этом одинаковое же количество кислорода.

Потребление кислорода, а следовательно, и расход энергии на метр пути и на килограмм общего веса, не были постоянными. Абсолютное значение этой величины зависело, конечно, от профиля и характера пути. При восхождении по снегу расход энергии на каждый метр подъема вызывал вдвое больший расход энергии, чем при подъеме по травянистому склону. Но при всех прочих равных условиях уровень расхода энергии, величина потребления кислорода, а следовательно и скорость восхождения определялись величиной «кислородного потолка».

Нельзя, конечно, делать вывода о том, что вся выносливость, все способности альпиниста определяются только его «кислородным потолком». Альпинизм требует не только развития всех психофизических качеств человека — силы, ловкости, выносливости, находчивости, смелости, но также и высоких моральных и волевых качеств. Поэтому-то так сложна и многообразна тренировка альпиниста. Если же альпинист в межсезонный и предсезонный период будет повышать свой «кислородный потолок» плаванием, бегом, велосипедом, лыжами, греблей, — он обеспечит совершенствование своего организма, успешнее будет затем справляться с большими, но увлекательными трудностями при штурме горных вершин.

гоним в горы Jaguar F-Pace — журнал За рулем

Человеческий организм приспособлен под привычное атмосферное давление 750-760 мм ртутного столба, но вот любопытные данные: выше отметки 2000 метров над уровнем моря, где давление намного ниже, живет почти 5 процентов населения Земли. Интересно, как им удалось приспособиться и кому в горах тяжелее — человеку или автомобилю?

Производители всего, чем мы пользуемся, исходят из того, что их продукция будет использоваться преимущественно в нормальных условиях. Поэтому горы — это серьезное испытание и для человека, и для автомобиля. Ведь мощность двигателя внутреннего сгорания, как мы знаем, падает по мере подъема в гору — чем больше высота, тем ниже атмосферное давление и меньше содержание кислорода в воздухе.

С каждым километром над уровнем моря двигатель теряет около 10 процентов мощности. То есть от паспортных 100 лошадиных сил в заснеженных горах, на перевале высотой в 4000 метров, останется сил 60–70, а быть может и того меньше. Причем дизель недостаток давления и кислородное голодание будет чувствовать острее, чем бензиновый мотор. Но эти показатели относятся к нетурбированным агрегатам. Мы пытались найти какие-то точные данные по современным турбомоторам, но, увы, до компетентной информации так и не докопались и решили посмотреть, а что будет с нами и с современным автомобилем при резком перепаде высот, скажем, при безостановочном быстром подъеме километра так на четыре с половиной.

Jaguar F-Pace

Чем выше в горы, тем реже встречаются местные жители, зато все, кого удалось увидеть, пребывали в хорошем настроении.

Чем выше в горы, тем реже встречаются местные жители, зато все, кого удалось увидеть, пребывали в хорошем настроении.

На такой высоте невесело не только автомобилю. Даже у здорового, но рожденного в низине человека подъем уже на 2000 метров может вызвать болезненное состояние. А выше 3000 метров начинается учащенное сердцебиение, ощущается повышенная утомляемость, замедляется реакция. На 4000 могут проявиться галлюцинации и провалы в сознании. Конечно, каждый организм индивидуален, но все, о чем мы пишем, основывается на многолетних наблюдениях медиков. И все же… Помните, как у Высоцкого: «Сколько песен и тем горы будят у нас и зовут нас остаться…»?

Материалы по теме

Конечно, с этой высоты прыгают парашютисты — но их подъем в негерметичной кабине самолета и затем свободное падение до 1000 метров в общей сложности длятся минуты. Альпинисты идут на такую высоту, напротив, медленно, адаптируясь. Пилоты малой авиации и вовсе на такие высоты не забираются. Так что, человек в автомобиле находится в самом невыгодном положении. Наш организм из-за относительно быстрого перемещения в пространстве не успевает адаптироваться. Начинается самая настоящая горная болезнь.

Мы вновь перерыли гигабайты интернета, но так и не нашли рекомендаций автомобильным путешественникам, решившимся отправиться в высокогорные районы. «Значит, нам туда дорога» — решено! И мы отправились в экспедицию «8000 метров по вертикали» на границу Киргизии и Таджикистана, на Памир, где находятся самые высокие перевалы на территории бывшего Советского Союза.

Мы задумали в ходе нескольких попыток как можно быстрее преодолеть отрезок пути с максимальным перепадом высот, чтобы наиболее отчетливо почувствовать все изменения в поведении автомобиля и собственного организма, зафиксировать максимум данных, а потом проанализировать эту информацию со специалистами. Таким отрезком стал участок Памирского тракта длиной 200 километров с тремя перевалами: Талдык (3620 м) на территории Киргизии, Кызыл-Арт (4282 м), по которому как раз проходит киргизо-таджикская граница, и Ак-Байтал (4655 м) на территории Таджикистана — именно он считался самым высоким перевалом в бывшем СССР.

Jaguar F-Pace

В качестве транспорта выбрали Jaguar F-Pace с двухлитровым турбодизелем мощностью 180 лошадиных сил.

В качестве транспорта выбрали Jaguar F-Pace с двухлитровым турбодизелем мощностью 180 лошадиных сил.

Материалы по теме

Почему Jaguar F-Pace? Все просто: во-первых, нужен был двигатель умеренной мощности, ведь мы хотели «почувствовать разницу» — когда у тебя 500 сил, потеря даже 75 процентов мощности не столь критична. Во-вторых, мотор на тяжелом топливе более требователен к «свободному дыханию», а значит задача усложняется. Мы знаем, как сильно досаждает потеря мощности экипажам на латиноамериканском Дакаре — а в самой тяжелой гонке планеты участвуют преимущественно дизельные машины. В-третьих, был нужен автомобиль с полными приводом и большим дорожным просветом, чтобы не ползти «шепотом» по размытым горными ручьями грунтовкам и не скользить на обледенелых спусках.

Ну а в-четвертых — машина со спортивным характером, с правильно настроенной энергоемкой подвеской и острым рулем — пусть это и не был заезд на Pikes Peak, но все же задача стояла ехать максимально быстро, насколько это возможно в рамках ПДД и представлений о безопасности. Кроме того, очень хотелось пообщаться с первым в истории британского бренда кроссовером не в стерильных лабораторных условиях полигона и рекомендованных для тест-драйвов маршрутов, а в реалиях постсоветского пространства. Эту непредсказуемую череду автобанного асфальта, перепаханных грунтовок, двадцатисантиметровых ям, грейдеров и «образовавшейся колейности» невозможно воспроизвести ни на одном полигоне. А тут еще и перепады температур и высот.

Jaguar F-Pace В качестве технички тоже Jaguar F-Pace, но с трехлитровым бензиновым мотором в 340 лошадиных сил. Забегая вперед, заметим, что уступающий ему в мощности в два раза трурбодизель не потерялся! В качестве технички тоже Jaguar F-Pace, но с трехлитровым бензиновым мотором в 340 лошадиных сил. Забегая вперед, заметим, что уступающий ему в мощности в два раза трурбодизель не потерялся!

Jaguar F-Pace Чтобы на брать два комплекта колес, решили обуться сразу в «зиму», но без шипов. Выбор пал на Michelin Latitude X-ice 2. И этот выбор полностью оправдал себя. Чтобы на брать два комплекта колес, решили обуться сразу в «зиму», но без шипов. Выбор пал на Michelin Latitude X-ice 2. И этот выбор полностью оправдал себя.

Уже на границе Казахстана и Киргизии пришлось штурмом брать снежные переметы выше ступицы. И надо признать, что электроника, управляющая полным приводом, настроена не только на то, чтобы носиться по скользкому асфальту, но и реже вынуждать владельца брать в руки лопату.

Jaguar F-Pace

Шины исправно гребли, но когда снег поднялся до фар, пришлось копать — законы физики пока ни один автомобиль преодолеть не в состоянии.

Шины исправно гребли, но когда снег поднялся до фар, пришлось копать — законы физики пока ни один автомобиль преодолеть не в состоянии.

Но самые большие природные контрасты нас ждали впереди. Утром у гостиницы в Оше было +16°C. Местами еще зеленая листва, люди в «летней форме одежды»… Через 2 часа — снега по колено и минус 12°C. Мы привыкли к серьезным перепадам температур в ходе наших экспедиций, бывало, что в Якутии за сутки градусник опускался с +18°C до —30°C. Но привыкнуть к такому невозможно! Зато мы выяснили, где начинается зима. А приходит она с высоты 2600 метров подъема на перевал Талдык. Кто-то всесильный словно по линейке прочертил границу сезонов — выше снега по колено и все холоднее. Пока под колесами неплохой асфальт, но подтаявший на солнце снежок моментально превращается в лед. Хотели было пожалеть, что не обулись в шипы, но наш Michelin оказался достаточно цепок, особенно на миксте, когда пятна асфальта сменялись проплешинами льда, приправленными намытым песочком. «Держак» был очень уверенный, так что практически без скольжений удавалось ввинчиваться в шпильки, заодно запоминая повороты — ведь это был первый, пристрелочный заезд, мы здесь еще ни разу не проезжали.

Jaguar F-Pace

Вдруг нашему взору открылась сногсшибательная картинка Памирских пиков. И сердечко забилось чаще… Хотелось думать, что от восторга, но, увы, это организм начал реагировать на высоту.

Вдруг нашему взору открылась сногсшибательная картинка Памирских пиков. И сердечко забилось чаще… Хотелось думать, что от восторга, но, увы, это организм начал реагировать на высоту.

На вершине перевала Талдык барометр показывал 478 мм ртутного столба. При том, что в начале подъема было чуть более 700 мм. Однако основные испытания были впереди — два четырехтысячника и конец асфальта.

Jaguar F-Pace

При подъеме на Кызыл-Арт после 4000 метров педаль акселератора уже стала казаться чуть вяловатой, впрочем, о каком-то существенном падении мощности или момента говорить не приходится — людям было хуже.

При подъеме на Кызыл-Арт после 4000 метров педаль акселератора уже стала казаться чуть вяловатой, впрочем, о каком-то существенном падении мощности или момента говорить не приходится — людям было хуже.

Врачи считают, что до высоты 3500–4000 метров организм здорового человека способен сам бороться с недостатком кислорода. И правда — просто дышишь чаще и глубже, получая нужное количество кислорода за счет большего объема воздуха. Примерно то же самое делает и автомобиль, только у него это удачно выходит и тогда, когда на альтиметре больше 4 км, а вот человек начинает сдавать. Нет времени на адаптацию и не получается двигаться быстрее, невозможно пролистать эти метры вертикали, как скучную книжку.

Jaguar F-Pace

За 2 часа 25 минут участники экспедиции «8000 метров по вертикали» преодолели три перевала на Памире. Реальный суммарный перепад высот превысил ожидаемые и составил 10 250 метров, атмосферное давление колебалось от 736 до 432 миллиметров ртутного столба.

За 2 часа 25 минут участники экспедиции «8000 метров по вертикали» преодолели три перевала на Памире. Реальный суммарный перепад высот превысил ожидаемые и составил 10 250 метров, атмосферное давление колебалось от 736 до 432 миллиметров ртутного столба.

Конечно, мы прихватили баллончики с кислородом, но так к ним и не притронулись — раз решили сделать из себя подопытных кроликов, надо идти до конца. Максим Леонов, Игорь Красковский и я находились, в основном, в машинах — выползали лишь в очередной раз обалдеть от нетронутой, суровой, неприступной красоты. А вот Сергей Захарин и Аня Закандырина умудрялись еще с горой оборудования забираться на склоны, чтобы сделать потрясающе красивые фотографии. Пойдешь им помочь и чувствуешь, как каждый шаг, каждый вдох вызываем тахикардию.

Выше 4000 м скорость движения сильно падает — реакция уж слишком сильно замедляется, время и пространство вокруг превращаются в расплавленный хрусталь. А техника может ехать значительно быстрее. Кажется, ей все нипочем. Впрочем, при подъеме на самый высокий перевал на маршруте — Ак-Байтал — на высоте 4400 м из-под капота дизельной машины показался предательский пар. При этом стрелка «нарисованного» на жидкокристаллическом дисплее прибора лежала ровно посередине шкалы, демонстрируя идеальную температуру охлаждающей жидкости. Вспомним школьный курс физики: чем ниже давление, тем ниже температура кипения жидкостей. Если бы в радиаторе была обычная вода, она бы и вовсе начала бурлить при 82 градусах по Цельсию (в нормальных условиях температура кипения воды — 100°C).

Путь кислорода. Концентрация кислорода в воздухе

А ЧТО В ВОЗДУХЕ?

Часть I. Захват кислорода

Гипобарическая гипоксия

Мы вдохнули чистый атмосферный воздух у поверхности Земли. Сколько в нем кислорода? На уровне моря его будет 21 %, а на высоте 2 000 м уже 18,9 %. Вроде бы небольшая разница, но вы её сразу почувствуете — снижается концентрация внимания, возникает слабость, сонливость, появляется чувство усталости…

Измерение количества кислорода в воздухе происходит путем установления «веса» давления кислорода в атмосферном воздухе — это называется парциальное давление (напряжение) кислорода (PO₂). Этот показатель очень важен для насыщения кислородом организма, мы к нему будем еще не раз обращаться на протяжении всего исследования пути кислорода в организме.

Снижение общего атмосферного давления снижает и давление кислорода. Поэтому не зря метеорологи в сводках погоды дают нам показания атмосферного давления — при низком давлении кислорода в воздухе, кровь может меньше поставлять кислород клеткам. Это называется гипобарической гипоксией, или гипоксической гипоксией. Такое всегда случается при подъеме в горы, при разгерметизации летательного средства, при подъеме в открытых летательных аппаратах.

В случае снижения PO₂ недостаточное поступление кислорода клеткам происходит по двум причинам:

• В разреженной атмосфере молекулы кислорода располагаются дальше друг от друга, поэтому количество входящего кислорода в одном и том же объеме воздуха снижается;
• В разреженной атмосфере столб воздуха меньше давит на мембрану легочной альвеолы, а изнутри лёгких давление остается прежним. Это замедляет процесс проникновения молекул кислорода через мембрану в кровь. Поучается, что человек при вдохе способен получить кислорода все меньше и меньше. Как это происходит, что чувствует при гипобарической гипоксии человек, см. в этом видео.

На уровне моря атмосферное давление 760 мм рт. ст., что соответствует содержанию кислорода в атмосферном воздухе 20,9 %. Но чем выше над уровнем моря, тем ниже давление. На высоте 1000 м кислорода уже 19,9 %, а на 2 тысячах метров — 18,9 %.

18,9 % считается минимально допустимым уровнем для здоровья человека. Именно столько кислорода в салоне самолета (600 мм рт. ст.) или в конце рабочего дня в непроветриваемом офисе. Для многих это мало, поэтому появляется слабость и головная боль.

На высоте 3-х км при вдохе в легкие поступает всего 2/3 кислорода по сравнению с дыханием на уровне моря. На высоте 4,5 км человек получает в два с лишним раза меньше кислорода, чем на уровне моря.

— «На земном шаре 400 млн человек живут на высоте более 2 тыс. м над уровнем моря. А в Перу люди живут даже выше 5 тыс. м над уровнем моря, так что содержание кислорода в воздухе не проблема…»

Если человека жившего на уровне моря, заставить прожить на высокогорном плато какое-то время, он обнаружит, что постепенно привык к кислородному голоданию. Это называется акклиматизация. Если мы, не привыкнем к пониженному уровню кислорода и быстро поднимемся на высоту 1500 м., то получим «горную болезнь» — гипоксию, которая является причиной половины всех смертей альпинистов в горах. Начнется одышка, головная боль, головокружение, галлюцинации, появится тошнота, общая слабость и мозг перестанет «ловить момент». А если у нас уже и до этого была легкая форма гипоксии — получим беду — не увидим пропасть, вовремя не среагируем и т. д.

О кислородной адаптации

У длительно проживающих высоко в горах людей горной болезни нет — их организм адаптировался. У них выше экономичность механизмов утилизации кислорода, выше резервная мощность тканей и органов, и их организм более рационально использует все ресурсы. Послушаем, что говорит руководитель и участник горных походов высшей категорий сложности — Янчевский Олег (Киев): [ 1 ]

«Когда человек без акклиматизации попадает в горы, низкий уровень кислорода в воздухе приводит к мобилизации транспортных систем. Увеличиваются частота дыхания, частота сердечных сокращений, минутный объем крови и количество гемоглобина за счет выброса эритроцитов из депо (в первую очередь из селезенки). Одновременно включаются механизмы анаэробного гликолиза: норадреналин, выступающий медиатором симпатического отдела нервной системы, вместе с адреналином активируют ключевой фермент расщепления гликогена — фосфорилазу.

Но 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, что повышает кислородный запрос. Вследствие интенсивного дыхания 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.

Фаза «острой акклиматизации» заканчивается через 8 – 12 дней. Дальнейшее пребывание в горах включает в организме 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, которые увеличивают потенциал и резервную мощность организма.

• Транспорт: разрастание сосудистой сети (ангиогенез) в легких, сердце, головном мозге — разрастание легочной ткани — увеличение количества эритроцитов в крови (эритропоэз).
• Регуляция: увеличение активности ферментов, ответственных за синтез медиаторов и гормонов — увеличение числа рецепторов к ним в тканях.
• Энергообеспечение: 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 сосудов благодаря их расширению снижает их сопротивление. Рост сосудистой сети в легких в сочетании с увеличением диффузионной поверхности легочной ткани повышает газообмен. Активируется железосодержащий белок HIF-1 (Hypoxia inducible factor) [ 2 ].

Система крови претерпевает комплекс изменений. Растет число эритроцитов и содержание в них гемоглобина, повышающих кислородную емкость крови, и постепенно она становится более эффективным переносчиком кислорода. 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).

В крови индейцев Перу, живущих на высоте 4 тыс. м, повышен гемоглобин и больше эритроцитов — до 8 х 1012 в 1 л крови. Это потому, что при гипоксии любого происхождения увеличивается секреция гормонов — эритропоэтинов в почках, в печени и селезенке. Увеличение в крови эритроцитов называется полицитемией (от греч. «много клеток в крови»).

Если человека быстро опустить на равнину, то некоторое время у него в крови все еще будет сохраняться высокий уровень эритроцитов, что облегчает транспорт кислорода. Когда человек живет на высокогорном плато, полицитемия только желательна. А на уровне моря она может стать опасной, поскольку слишком большое количество красных клеток сгущает кровь, делая ее более вязкой, что препятствует нормальной циркуляции крови и функционированию организма в целом. [ 3 ] Несмотря на риск, политцемию используют как методику ряд высококвалифицированных спортсменов при подготовке к соревнованиям [ 4 ].

Помимо типичного взрослого гемоглобина (HbА) появляется эмбриональный гемоглобин (HbF), способный присоединять О₂ при более низком парциальном давлении кислорода в альвеолярном воздухе: молодые эритроциты обладают более высоким уровнем энергообмена [ 5 ], и меньший диаметр, облегчая прохождение по капиллярам. В эритроцитах повышение содержание 2,3-дифосфоглицерата, способствующего освобождению кислорода из гемоглобина в тканях.

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 во всех тканях в процессе длительной адаптации к гипоксии оправдано энергетически, требует меньше кислорода. Чтобы получать энергию при малом количестве кислорода, бескислородный гликолиз становится основным источником энергии, и он увеличивает свою мощность. 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 (см. бикарбонатный буфер).

При этом усиливается и аэробный гликолиз — повышается число митохондрий на единицу массы миокарда, возрастает активность митохондриальных ферментов и скорость фосфорилирования и, как следствие, — больший выход 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. Эти большие резервы позволяют горцу выполнять большую мышечной нагрузку. Увеличена у горцев 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 [ 6 ]».

Как мы видим, акклиматизация к высокогорью требует значительной перестройки организма. А это значит, что обедненная кислородом атмосфера представляет собой не комфортные, а наоборот, экстремальные условия для жизни человека. Если бы при длительной кислородной недостаточности организм сохранял своё прежнее совершенство, то у больных, страдающих, например, сердечно-легочной недостаточностью, не наблюдалось ухудшения общего самочувствия, снижения работоспособности, аппетита, сна, диуреза, обменных расстройств и др. [ 7 ]

Доказано, что у горцев возникает гипертензия малого круга, что приводит к гипертрофии правого желудочка сердца [ 8 ].

Вот что думает о жизни на высоте американский патолог Бек Уизерс, который на грани смерти прошел акклиматизацию, в трагическом восхождении на Эверест в мае 1996 г:  [ 9 ]

«Одной из наиболее важных физиологических приспособлений организма к большой высоте являются миллионы и миллионы лишних кислородосодержащих эритроцитов, которые производит ваш костный мозг в ответ на хроническое лишение кислорода. Вам всё время необходим дополнительный кислород. Высоко в горах вы просто жаждете воздуха. Дыхание становится настолько тяжелой работой, что ей посвящается 40 % вашей общей энергии.

Разряженный воздух содержит меньше влаги, поэтому каждый день вы теряете с дыханием целых 7 литров воды. Это делает вас постоянно обезвоженным. Кроме того, вы больше не можете ни спать, ни есть. В Зоне Смерти, на высоте выше 8 тысяч метров, мысль о еде становится отвратительной для большинства. Даже если вы можете заставить себя жевать и проглатывать что-то, ваше тело не переварит еду. Но у вас сгорает около 12 тысяч калорий в день, а это значит, что вы потребляете свою собственную ткань — около 3 кг мышц в день — чтобы остаться в живых. Кроме прочего, полученные раны на большой высоте не заживают».

— «Я не хожу в горы и живу на уровне моря»

В Украине нет дефицита кислорода в атмосферном воздухе — большинство из нас живет на высоте немногим выше уровня моря. Однако и здесь чувствительные и больные люди болезненно реагируют на перемены погоды. Даже при незначительном падении барометрического давления, многие из нас чувствуют ухудшение самочувствия, при этом оставаясь на уровне моря.

Нормобарическая гипоксия

Вдох может нести мало кислорода при нормальном атмосферном давлении. Речь идет о дыхании в герметичных или плохо вентилируемых помещениях, шахтах, подводных лодках и т.д. Сюда относятся ситуации нарушения подачи кислорода в автономных костюмах, летательных или глубинных аппаратах, аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ), или случаи нарушения режима искусственной вентиляции лёгких.

Каждый из нас регулярно сталкивается с нормобарической гипоксией, потому как более 80 % своего времени мы проводим в закрытых помещениях.

Осмотритесь. Кислород людьми в этом помещении используется, но воздух может не обновляться. Организован ли здесь воздухообмен, при котором загрязненный воздух заменяется более чистым?

Дадим слово специалисту главного в Беларуси государственного Института, по вопросам экспертного обследования зданий Леониду Данилевскому: [ 10 ]

«В наших квартирах воздухообмен практически отсутствует, поскольку большинство людей живут с неорганизованной системой вентиляции. Среднее значение обмена воздуха в квартирах составляет 51 м³/час на всю квартиру, что в 2 – 3 раза меньше того минимального количества, которое нужно для нормального дыхания. Это ненормально!

Уже много десятков лет у нас здания проектируются с естественной системой вентиляции. Её устройство таково: есть выходные вентиляционные шахты, но нет организованного притока воздуха. Предполагается, что мы должны себе обеспечить воздухообмен через неплотности заделки оконных конструкций и дефекты стеновых конструкций. Но чем качественнее строительство, тем меньше дефектов остается — чем лучше установлены окна, тем меньше воздуха попадает в помещения. Современная конструкция окон с двухкамерными стеклопакетами — полностью герметичная конструкция, без возможности притока воздуха. А если нет притока, то нет и воздухообмена.

Наш Институт проводит обследования проблемных зданий, когда в них возникают какие-то проблемы. Никто не жалуется на плохую вентиляцию. Все жалобы касаются её последствий — конденсация влажности, появление плесени на стенах и т.д. Основная причина этих проблем, наряду с недостаточным утеплением — плохая работа вентиляции.

В этих вентиляционных шахтах часто полное безобразие. Это и свищи, при которых воздух движется как угодно, строительный мусор, который часто полностью перекрывает эти вентиляционные каналы. Всё это приводит к нарушению воздухообмена.

Мы делали расчет, на предмет того, какой возможен воздухообмен в воздухонепроницаемых ограждающих конструкциях. Оказалось, что не более 1/10 от нормы. То есть за 1 час в квартире меняется только одна десятая часть от того объема воздуха который есть в квартире. В то время как нормой является смена объема воздуха 1 – 2 раза в час. Обеспечить качество воздуха в рамках существующего свободного воздухообмена просто невозможно.

Отдельная проблема — низкая влажность воздуха. В большинстве квартир содержание влаги в воздухе всего 2,5 грамма, в то время как необходимо не менее 5 грамм влаги на 1 м³ воздуха. В итоге свежий увлажненный воздух в квартирах — роскошь, в то время как он жизненно необходим каждому из нас. Такое качество воздуха незаметно, день за днем сокращает нашу продолжительность жизни. Поэтому у нас в Беларуси средняя продолжительность жизни мужчины 62 года».

Вынужденная скученность людей

Вынужденная скученность людей в крупных городах и помещениях — бич XXI века. Отсутствие нормальной вентиляции и большая скученность людей в тесном помещении резко повышает концентрацию углекислого газа (СO₂) в воздухе — его мы вдыхаем 0,04 %, а выдыхаем 4,4 % — в 110 раз больше.

19 % и ниже — столько кислорода мы получаем в конце рабочего дня в слабо проветриваемом офисе или в заполненном общественном транспорте. Уровень кислорода падает, снижается концентрация внимания, становится душно, клонит в сон, появляется слабость и другие признаки гипоксии. Чуть выше, мы уже обсудили, что содержание кислорода на уровне 19 %, соответствует уровню кислорода в горах на высоте 2 тыс. м.

Сколько углекислого газа должно быть в воздухе? Содержание СO₂ на улице составляет 350 ppm. По стандартам ASHRAE и Министерства Труда США уровень СO₂ во вдыхаемом воздухе не должен превышать 1000 ppm (0,1 %). Рекомендуемый уровень для спален, детских садов и школ — не более 600 ppm (0,06 %).

Исследования проведенные KPMG совместно с Университетом Миддлэсэкс среди 300 взрослых, показали, что более высокий уровень СО₂ снижает концентрацию внимания на 30 %. При уровне свыше 1500 ррm (0,15 %) — 79 % испытывали чувство усталости, а при уровне выше 2000 ррm (0,2 %) 2/3 опрошенных заявили, что не в состоянии сосредоточиться. 97 % из тех, кто время от времени чувствует головную боль, заявили, что головная боль появляется у них уже при уровне 1000 ррm (0,1 %).

Управляющий отдела здоровья KPMG Джули Беннетт: «Я делала замеры в офисах компаний, в общественных зданиях, в школах. Мы провели замеры в ряде офисов компаний, школах и на улицах г. Москва, и хочу заметить, что уровень намного превышающий 1000 ррm — это не редкость. В ряде офисов уровень достигал 2000 ррm и выше. Уровень углекислого газа на улицах колебался в показателях до 1000 ррm, но замеры были сделаны не в самые неблагополучные дни, с точки зрения климатической обстановки. [ 11 ]

СO₂ должен заменяться кислородом, поэтому в жилом помещении должен быть приток свежего воздуха, и его отвод. Воздух, который поступает через неплотности и щели, не может обеспечить требуемый воздухообмен.

— «У нас есть кондиционер».

Благодаря ему вы не перегреваетесь в жару, но кондиционер не участвует в воздухообмене. Он лишь создает иллюзию свежести тем, что охлаждает застоялый воздух.

— «У нас есть вытяжные отверстия на кухне и санузле».

В случае отсутствия притока свежего воздуха, вытяжка почти бесполезна, и даже вредна — она может работать на приток. В этом случае через неё в квартиру поступает отработанный воздух от соседей. Проходя через туалет, он захватывает с собой в жилые помещения еще и вредные бактерии.

— «Мы периодически открываем окна на проветривание».

Так поступает большинство из нас. Однако, частота и время проветривания, особенно в зимнее время, увы, слишком недостаточна. Необходимо, чтобы воздух в жилых и спальных помещениях обменивался 2 – 3 раза в час. Потребность человека в свежем воздухе составляет, примерно, 32 м³/час. Воздухообмен в жилых помещениях: — 0,8 объема помещения на 1 человека в час. [ 12 ] Даже продолжительное проветривание от случая к случаю не является оптимальным решением. Инфильтрация через форточки является случайной вентиляцией и поэтому непригодна для современных зданий. [ 13 ]

Низкое качество воздуха негативно влияет на здоровье и самочувствие человека, вызывает усталость, сонливость и разного вида аллергии. Развитие любой экзогенной гипоксии проходит по следующему сценарию:

• в альвеолах падает парциальное давление кислорода;
• насыщение гемоглобина кислородом замедляется;
• снижается процент оксигемоглобина;
• в тканях возникает недостаток кислорода, производство энергии переключается на бескислородный гликолиз, который быстро сжигает запасы глюкозы, в больших количествах появляется молочная кислота которая закисляет организм, появляется большое количество свободных радикалов;
• в тканях возникает цианоз;
• из-за гипервентиляции развивается гипокапния, которая приводит к развитию респираторного алкалоза;
• кровоснабжение сердца, мозга и других органов затрудняется.

###

GO!

Кислородные бикарбонатные ванны могут помочь справится с последствиями гипоксии, но не могут увеличить концентрацию кислорода в воздухе или удалить из него CO₂. Чтобы избежать экзогенной гипоксии, позаботьтесь о чистоте воздуха в помещениях, в которых вы и ваши дети находитесь чаще всего. Особенно обратите внимание на спальни. Голландские ученые из Delft University of Technology считают, что для сна важнее качественный воздух в спальне, чем продолжительность сна.

● Установите приточно-вытяжную систему вентиляции в каждую комнату. Рекомендуем немецкие рекуператоры подогревающие входящий воздух — они не шумят, не создают сквозняк и относительно недорого стоят.

● Обязательно следите за уровнем CO₂ в помещении. Сегодня на рынке существует большое количество бытовых и профессиональных CO₂ мониторов. Здесь их обсуждают уже на протяжении 6 лет.

В следующей статье мы рассмотрим как кислород ведет себя в бронхо-легочной системе. Мы узнаем что такое дыхательная гипоксия и что её вызывает.

ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ

Используемые в статье источники:

[ 1 ] Олег Янчевський. Проблемы акклиматизации в горах. 2009. https://www.tkg.org.ua/node/11577

[ 2 ] Semenza G.L. Hypoxia-Inducible Factor 1 and the Molecular Physiology of Oxygen Homeostasis // J. Lab. Clin. Med. 1998. Vol. 131, 3. Р. 207-214.

[ 3 ] Айзек Азимов «Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий»: Центрполиграф; Москва; 2004 ISBN 5-9524-0974-1.

[ 4 ] Агаджанян Н.А, Тель Л.З, Циркин В.И, Чеснокова С.А. Физиология человека. Изд. Медицинская книга, 2009. ISBN 978-5-86093-061-2.

[ 5 ] Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных: Приспособление и среда: В 2 кн. М.: Мир, 1982. Т. 1. 414 с.

[ 6 ] Л.А. Бельченкова. Адаптация человека и животных к гипоксии разного происхождения. Соросовский образов. журнал, Т.7, 7. 2001

[ 7 ] Успенский В.И. Лечебное применение кислорода. Монография 1959 г. Издательство: М.: Медгиз

[ 8 ] Агаджанян Н.А, Тель Л.З, Циркин В.И, Чеснокова С.А. Физиология человека. Изд. Медицинская книга, 2009. ISBN 978-5-86093-061-2

[ 9 ] Beck Weathers, книга «Оставленный умирать» (Left for Dead) ISBN-10: 0440509173

[ 10 ] Данилевский Л., зам. ген. директора УП, «Институт НИПТИС им. Атаева С.С.», г. Минск, доклад «Реализация комплексной программы строительства энергоэффективных зданий в Республике Беларусь» на конференции «Технологии проектирования и строительства энергоэффективных зданий Passive House». Москва, ЦВК «Экспоцентр», 6 апреля 2011

[ 11 ] www.e-xecutive.ru

[ 12 ] Нойферт. Строительное проектирование. Справочник. Германия. 2014. Ориг. название Bauentwurfslehre Изд. Архитектура-С. ISBN 978-5-9647-0258-0, 978-3-8348-1825-6

[ 13 ] Вольфганг Файст. Основные положения по проектированию пассивных домов. — М: Издательство Ассоциации строительных вузов. -144 стр. Пер. с немецкого с доп. под ред. А.Е. Елохова ISBN 3-935243-00-6 (нем.) ISBN 978-5-93093-619-3 (рус.)

https://thermalwater.com.ua/hypoxia/put-kisloroda-v-organizme/koncentracia-kisloroda-v-vozduhe/

Использование статьи на других ресурсах приветствуется при условии индексированной обратной ссылки

Поиск по тегам: 

Жить на природе — действительно ли это лучше для здоровья?

• Рейчел Нюэр
• BBC Future

2 сентября 2018

Автор фото, Getty Images

Мы часто слышим, что большие города — самое непригодное место для жизни с точки зрения здоровья. Но что говорят по этому поводу результаты научных исследований? Корреспондент BBC Future, проанализировав данные ученых, рассказывает, как место проживания влияет на наше самочувствие.

Вас беспокоит загрязнение окружающей среды или уровень стресса, который вы испытываете? Тогда вы наверняка уже не раз задумывались о том, чтобы покинуть город и переехать куда-нибудь в глубинку, где зелено и спокойно, и воздух чистый… Ну, по крайней мере мысль об этом вас время от времени посещает, правда?

На свежем воздухе, а еще лучше — в горах или на море, вы, может, и не обретете счастья, но уж здоровье-то точно улучшится, полагаете вы. И, наверное, считаете, что наука это давно подтвердила.

Однако основанных на фактических данных исследований, которые могли бы помочь установить самые здоровые для проживания места на планете, на удивление мало.

Чем глубже ученые погружаются в изучение связей между здоровьем и окружающей средой, тем больше они находят деталей и нюансов, усиливающих или, наоборот, ослабляющих влияние на наше самочувствие даже самой здоровой обстановки.

«Мы, группа исследователей со всех уголков планеты, пытаемся найти свидетельства, подтверждающие или нет влияние на здоровье нашей усиливающейся удаленности от природы, взвесить все «за» и «против» такого положения», — говорит Мэтью Уайт, специалист по экологической психологии из медицинского колледжа в Эксетерском университете (Великобритания).

Уайт и другие ученые обнаружили: то, как влияет на нас окружающая среда, определяется не только, скажем, качеством воздуха, но бесчисленным количеством факторов, среди которых — и обстоятельства жизни человека, и его образ жизни, и его прошлое, и его наследственность, и так далее.

В общем, конечно, можно утверждать, что если вы городской житель, то жить лучше рядом с парком — там ниже уровень загрязненности воздуха, меньше шума и попрохладней (последнее важно в свете продолжающегося потепления на планете).

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Если вы горожанин, то лучше поселиться поближе к парку — там вам будет хорошо, жители новозеландского Веллингтона это подтвердят

Открытые природные пространства обычно благоприятствуют физической и общественной активности, что само по себе очень полезно.

Время, проведенное на природе, снижает уровень стресса. Когда мы прогуливаемся или даже просто сидим под деревом, кровяное давление и частота пульса снижаются.

При этом наш организм начинает вырабатывать больше лимфоцитов — так называемых природных убийц, главных клеток иммунной системы, которые охотятся за пораженными вирусом или злокачественными клетками.

Ученые все еще не могут разобраться, почему это происходит, но у них есть несколько гипотез.

«Одна превалирующая теория гласит, что природные пространства действуют как оазис спокойствия в нервной городской жизни, — рассказывает Эмбер Пирсон из Мичиганского университета, изучающая влияние географии на здоровье. — С точки зрения эволюционной перспективы мы относимся к природе как к ключевому ресурсу для выживания человечества — отчасти поэтому мы испытываем такие чувства, оказываясь в парках или лесах».

Однако вышесказанное совсем не означает, что городским жителям следует бросить все и переехать в сельскую местность.

Да, жители мегаполисов США часто страдают астмой, аллергиями и депрессией. Но в то же время они менее к склонны к ожирению, суициду, реже погибают от несчастного случая. В старости они более довольны жизнью и, в общем, живут дольше, чем их ровесники в сельской местности.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Горожане, как правило, живут дольше своих сверстников из сельской местности, и в старости благополучней

Хотя города ассоциируются у нас с загрязненным воздухом, преступностью и стрессом, жизнь в сельской местности тоже не лишена серьезных недостатков. Например, насекомые, переносящие болезни, пауки и клещи, способны отравить вам идиллию жизни на природе.

В некоторых случаях загрязнение окружающей среды вне городов может быть даже серьезней: например, в 2015 году в Индии оно стало причиной смерти 1,1 млн жителей, из которых 75% живут в сельской местности — в основном потому, что сельские жители подвергаются большему риску, часто дыша продуктами сгорания — как во время работы на сельхозугодиях, так и дома, при сжигании дров и коровьего помета, используемого в качестве топлива в домашних очагах.

В Индонезии практика вырубания и сжигания лесов становится причиной токсичного смога, висящего месяцами, от которого даже порой страдают соседние страны — Сингапур, Малайзия и Таиланд.

Загрязнение воздуха дымом от лесных пожаров знакомо жителям всего южного полушария — от Южной Америки до южной Африки. (Справедливости ради, надо отметить, что воздух в южном полушарии все-таки чище, чем в северном — просто потому, что там живет меньше людей.)

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Определенные методы ведения сельского хозяйства добавляют загрязнения воздуху, и от этого в сельской местности порой умирает больше людей, чем в городе.

И такое происходит не только в развивающихся странах. Лесные пожары на западе США стали настоящим бедствием с точки зрения качества воздуха. В Европе, США, Китае и России воздух загрязняют удобрения, используемые в сельском хозяйстве.

А как насчет чистого горного воздуха? Действительно, на высоте уровень загрязненности падает. Однако попытка подняться над уровнем загрязненности может принести другие проблемы.

Хотя те, кто живет в местах, расположенных на высоте 2500 м над уровнем моря и больше, реже умирают от кардиологических заболеваний, инсультов и некоторых типов рака, данные свидетельствуют: для этих людей повышается риск скончаться от хронического заболевания легких или бронхильных инфекций.

Это может быть связано (по крайней мере частично) с тем, что на высоте автомобильные двигатели работают с меньшей эффективностью, выделяя больше углеводородов и монооксида углерода. В сочетании с большей солнечной радиацией в горных районах это вырастает в настоящую проблему для здоровья.

Таким образом, если выбирать, то для здоровья лучше всего жить на высоте между 1500 и 2500 м.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Чем выше, тем здоровее? Не совсем так…

Теперь разберемся с жизнью на морском берегу — или рядом с любой водой. Например, те британцы, кто живет близко к берегу моря, обычно здоровее жителей внутренних районов этого островного государства.

Причин у этого может быть много, отмечает Уайт. Это и заложенная в нас природой тяга к воде, и те возможности для физических упражнений, которые предлагают пляжи, и доступность продуктов с витамином D.

У жизни у большой воды есть и психологические бонусы. Во время исследования 2016 года, которое проводили в новозеландском Веллингтоне Пирсон с коллегами, обнаружилось, что жители этого города, у которых был вид из окна на океан, испытывали меньше стресса.

Как выяснили исследователи, каждые 10% голубого пространства снижают на треть балла индекс стресса (по шкале Кесслера, применяемой для прогнозирования психологических расстройств, связанных с тревогой и переменами настроения) — вне зависимости от социоэкономического статуса человека..

Исходя из этого, отмечает Пирсон, «можно предположить, что, увеличив океанский вид из окна на 20-30%, мы можем перевести человека из состояния среднего стресса в более низкую его категорию».

Похожие результаты получились у Пирсон и в следующем исследовании, проведенном на Великих американских озерах, и у Уайта — в исследовании с участием жителей Гонконга.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Чем больше «голубого пространства» человек видит каждый день, тем меньше в его жизни стресса и беспокойства, обнаружили ученые

Но далеко не у каждого есть возможность переехать к морю, жить на берегу озера или большой реки.

Саймон Белл, зав. кафедрой ландшафтной архитектуры Эстонского университета биологических наук и заместитель директора исследовательского центра OPENspace Эдинбургского университета, и его коллеги пытаются проверить, можно ли помочь в этом восстановлением заброшенных водоемов по всей Европе.

Они опрашивают местных жителей до и после восстановления водоема и его окрестностей — так было с заброшенным побережьем недалеко от Таллинна, с промышленным каналом рядом с комплексом советских многоэтажек в Тарту и в других местах — в Испании, Португалии, Швеции и Британии.

Ученые анализируют качество жизни рядом с двумя сотнями восстановленных водоемов, учитывая все факторы — климат, погоду, уровень загрязненности воздуха, запахи, сезонные колебания, безопасность, доступность услуг и так далее.

Их конечная цель, по словам Белла, — понять, из чего складывается притяжение «большого голубого пространства». Когда результаты будут готовы, он с коллегами разработает инструмент для оценки качества, полезный тем, кто собирается с наибольшей эффективностью восстанавливать старые городские каналы, бывшие доки, заброшенные пруды и реки, чтобы повысить качество жизни местных жителей.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Насколько нам помогает каждое свидание с большой водой? Это зависит от множества факторов…

И все-таки, когда речь идет о здоровье, ученые пока не знают, чем отличается жизнь у океана от жизни у озера или у реки. Не сравнивали они пока и воздействие побережья, скажем, Исландии с воздействием пляжей Флориды или Австралии.

А вот что они знают: множество взаимодействующих факторов, включая качество воздуха и воды, температуру, количество людей и даже приливы и отливы, влияют на то, как даже такая простая штука, как прогулка по морскому берегу, меняет нас.

«Наверное, существует еще миллион других важных вещей, кроме погоды и освещения, которые влияют на человека — будь он на Гавайях или на берегу озера в Финляндии», — размышляет Уайт.

Интересно, что, по данным ученых, люди, живущие в таких далеко не солнечных местах, как Вермонт и Миннесота (США) или европейская Дания, подвергаются большему риску рака кожи, чем жители тропических стран — видимо, потому, что в северной Миннесоте вряд ли вырабатывается привычка защищаться от солнца.

Уайт отмечает, что больше преимуществ от жизни рядом с открытыми зелеными (и голубыми) пространствами извлекут небогатые люди. У богатых и так много возможностей заботиться о своем здоровье, они регулярно ездят в отпуск на море или в горы и испытывают меньше стресса, связанного с бытовыми вопросами.

«Здесь, в Британии, закон обязывает местные власти снижать уровень неравенства с точки зрения охраны здоровья. И один из способов сделать это — развивать и улучшать систему парков, — подчеркивает Уайт. — Беднейшие слои населения первыми почувствуют все плюсы этого».

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Лучший выбор с точки зрения здоровья — такой, например, чистый город на берегу океана, как Сидней

Важно также не забывать, что простой переезд к берегу моря или поближе к лесу не решит всех наших проблем. В жизни есть много важных обстоятельств — потерять работу или найти новую, жениться или развестись, — которые влияют на наше здоровье куда сильней.

Как говорит Уайт, неважно, в какой окружающей среде вы живете — «лучше иметь свой дом, чем бездомным ночевать на скамейке в прекрасном парке на свежем воздухе».

Белл добавляет: близость к природе на самом деле далеко не приоритет, когда человек ищет место, где поселиться. В этом списке выше него такие вещи, как безопасность района, спокойная обстановка, близость к школе или работе.

И все же, не слишком преувеличивая значение открытых природных пространств в нашей жизни, не стоит забывать о тех, может быть, не сразу проявляющихся преимуществах, которые они привносят в нашу жизнь.

В конце концов, с этим трудно спорить: жизнь в таких чистых, открытых океану городах, как Сидней или Веллингтон, как минимум не отразится плохо на вашем здоровье.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Как высота влияет на тело и почему по-разному влияет на людей?

Ежегодно тысячи людей отправляются в высокогорные районы для туризма, поиска приключений или для тренировок и соревнований в различных видах спорта. К сожалению, эти поездки могут быть омрачены последствиями острой высотной болезни, и симптомы у разных людей различаются. Чтобы понять, почему люди страдают по-разному, мы должны посмотреть, как высота влияет на организм.

---

Читать далее: От Килиманджаро до Эвереста: насколько вы должны быть в хорошей форме, чтобы подняться на гору?

---

Чем «высота» отличается от уровня моря?

Воздух состоит из разных молекул, включая азот (79.04%) и кислород (20,93%), составляющий большую часть каждого вдоха, который мы делаем. Этот состав воздуха остается неизменным, находимся ли мы на уровне моря или на высоте.

Однако с высотой «парциальное давление» кислорода в этом воздухе (сколько молекул кислорода находится в данном объеме воздуха) изменяется. На уровне моря парциальное давление кислорода составляет 159 мм рт. Ст., Тогда как на высоте 8 848 м над уровнем моря (вершина Эвереста) парциальное давление кислорода составляет всего 53 мм рт.

На больших высотах молекулы кислорода находятся дальше друг от друга, потому что меньше давления, чтобы «столкнуть» их вместе.Это фактически означает, что в том же объеме воздуха, в котором мы вдыхаем, меньше молекул кислорода. В научных исследованиях это часто называют «гипоксией».

---

Автор предоставил / The Conversation, CC BY-ND

---

Что происходит в организме на большой высоте?

В течение нескольких секунд после пребывания на высоте вентиляция усиливается, что означает, что мы начинаем пытаться дышать больше, поскольку тело реагирует на меньшее количество кислорода при каждом вдохе и пытается увеличить потребление кислорода.Несмотря на такую ​​реакцию, в вашей кровеносной системе все еще меньше кислорода, а значит, меньше кислорода достигает ваших мышц. Это, очевидно, ограничит выполнение упражнений.

В течение первых нескольких часов пребывания на высоте также увеличивается потеря воды, что может привести к обезвоживанию. Высота также может повысить ваш метаболизм, подавляя аппетит, а это означает, что вам придется есть больше, чем вы хотите, чтобы поддерживать нейтральный энергетический баланс.

Когда люди находятся на высоте в течение нескольких дней или недель, их тела начинают приспосабливаться (так называемая «акклиматизация») к среде с низким содержанием кислорода.Учащение дыхания, которое было инициировано в первые несколько секунд пребывания на высоте, сохраняется, и уровень гемоглобина (белка в нашей крови, который переносит кислород) увеличивается вместе с соотношением кровеносных сосудов к мышечной массе.

Несмотря на эти приспособления организма для компенсации гипоксических состояний, физическая работоспособность на высоте всегда будет хуже, чем при аналогичной активности на уровне моря. Единственным исключением из этого правила являются очень короткие и мощные действия, такие как бросание или удары по мячу, чему может способствовать отсутствие сопротивления воздуха.

---

Читать далее: Басни искажают реальную историю высотных тигров Бутана

---

Почему только некоторые люди болеют горной болезнью?

Многие люди, поднимающиеся на средние или большие высоты, страдают от острой высотной болезни. Симптомы этого недуга обычно проявляются через 6-48 часов после начала пребывания на высоте и включают головную боль, тошноту, летаргию, головокружение и нарушение сна.

Эти симптомы чаще встречаются у людей, которые быстро поднимаются на высоту более 2500 м, поэтому многим путешественникам рекомендуется подниматься медленно, особенно если они раньше не были на высоте.

Трудно предсказать, кто пострадает от воздействия высоты. Даже у профессиональных спортсменов высокий уровень физической подготовки не защищает от высотной болезни.

Есть некоторые свидетельства того, что у тех, кто испытывает наихудшие симптомы, слабая дыхательная реакция на гипоксию.Так же, как некоторые люди не являются великими певцами или футболистами, тела некоторых людей просто менее способны справиться с сокращением кислорода в их системах.

Существуют также нарушения, влияющие на способность крови переносить кислород, такие как талассемия, которые могут повышать риск появления симптомов.

Но лучший предиктор того, кто может страдать от высотной болезни, — это наличие в анамнезе симптомов, имевших место ранее на высоте.

Чем отличаются высокогорные аборигены?

Известно, что люди, живущие на высоте, обладают большей способностью к физической работе на высоте.Например, шерпы, проживающие в горных районах Непала, известны своим альпинистским мастерством.

У жителей высокогорных районов большие объемы легких и большая эффективность транспортировки кислорода к тканям как в состоянии покоя, так и во время физических упражнений.

Несмотря на то, что ведутся споры о том, являются ли эти характеристики генетическими или результатом воздействия высоты на протяжении всей жизни, они дают высокогорным аборигенам явное преимущество перед жителями низменностей во время активности в условиях гипоксии.

Итак, если вы не шерпа, лучше всего подниматься медленно, чтобы дать вашему телу больше времени, чтобы приспособиться к проблемам гипоксической среды.

Большая высота | APEX | Altitude.org

Большая высота ставит перед дайвером уникальные задачи. Пониженное атмосферное давление на поверхности любого горного озера влияет на глубиномеры водолазов, как и пресная вода, которая менее плотна, чем в море (Wienke, 1993). Затем, когда дайвер всплывает с глубины, скорость изменения давления окружающей среды намного выше, чем при всплытии после погружения в море (Smith, 1976).Эти факторы необходимо компенсировать, иначе погружения, считающиеся относительно безопасными в море, могут привести к образованию обильных пузырей инертного газа в тканях тела дайвера, вызывая болезнь, называемую декомпрессионной болезнью (ДКБ), широко известной как «изгибы». Изгибы могут варьироваться от легкой сыпи на коже через нарастающую тяжесть до паралича и смерти. Согласно Грибблу (1960), первое упоминание о возможном изгибе высоты было сделано фон Шроттером в 1906 году, хотя цитата, приписываемая Бойкоту и Холдейну относительно этого, не была найдена этим автором (Boycott, Damant, & Haldane, 1908; Gribble , 1960; Шроттер, 1906).Тем не менее, похоже, что «высотные повороты» — это современное заболевание, а это означает, что нам, вероятно, еще предстоит узнать гораздо больше, прежде чем мы полностью поймем задействованные механизмы.

Физиология

По мере того, как дайвер спускается, давление вокруг дайвера увеличивается. Это увеличение не влияет на дайверов, носящих жесткие «атмосферные» костюмы, но для большинства из нас, кто носит гибкую водолазную одежду, мы компенсируем повышенное давление за счет увеличения давления вдыхаемого газа.Не обращая внимания на незначительные колебания, связанные с погодой, на уровне моря давление окружающего воздуха приблизительно равно одной атмосфере давления, на глубине десяти метров в море давление должно составлять две атмосферы, а на каждые дополнительные десять метров добавляется еще одна атмосфера давления. глубины. Благодаря разработке регулятора подводного плавания Эмилем Ганьяном и Жаком Кусто, когда дайвер вдыхает сжатый газ на глубине, газ подается с давлением, эквивалентным окружающему давлению. Таким образом, дайверу не нужно «всасывать» свой газ от гораздо более низкого давления к более высокому (и именно поэтому мы не можем просто использовать длинную трубку).Давление «регулируется» устройством SCUBA, которое определяет давление окружающей среды.

Вдыхание газа при повышенном давлении решает одну проблему (доставки газа в легкие), но по мере того, как кровь переносит этот газ по телу, ткани дайвера естественным образом приходят в равновесие с новым давлением окружающей среды, поглощая газ. Когда ныряльщик позже поднимается до гораздо более низкого давления, например, на поверхности, эти ткани теперь имеют большее давление растворенного в них газа, чем давление окружающего воздуха, и этот газ снова движется к равновесию, на этот раз покидая ткани. (Ленихан и Морган, 1975).Принято считать, что скорость этого движения к равновесию, то есть величина разницы между давлением ткани и давлением окружающей среды, в значительной степени ответственна за образование пузырьков в тканях дайвера. Принцип схож с открытием банки с газировкой: если вы открываете банку внезапно, газировка начнет шипеть из-за внезапной разницы между давлением растворенного вещества и давлением окружающей среды. Если открывать банку медленно, газировка не будет шипеть так сильно, потому что изменение будет более постепенным.Если вы летели на коммерческом самолете, давление в салоне которого обычно намного ниже, чем на земле, то заметили ли вы, что ваша газировка была необычно газированной? Вероятно, это было связано с еще большей разницей между давлением растворенного газа в соде (обычно около 1,5 атмосфер) и давлением окружающей среды в салоне. Это эквивалентно одной из основных проблем дайвера на большой высоте: увеличенной разнице между давлением газа, растворенного в его тканях после погружения, и (гораздо более низким) давлением окружающей среды на поверхности горного озера.Эти увеличенные различия сначала вызывают беспокойство на высоте всего 300 м и выше (NOAA, 2001).

Популярность дайвинга на высоте.

Есть много причин, по которым люди ныряют на большой высоте: поиск определенных объектов, таких как самолеты времен Второй мировой войны, тренировки, когда море негостеприимное или слишком далекое, чтобы быть практичным, для научных исследований, даже просто ради удовольствия. По последним подсчетам, в 2008 году в телефонных справочниках Йоханнесбурга было 30 компаний, занимающихся дайвингом, на высоте более 1 500 м и 53 — на высоте более 1 500 м в телефонных справочниках Колорадо (Buzzacott & Ruehle, 2009).Калифорнийский университет проводит научную подготовку водолазов на озере Тахо на высоте 6200 футов (1890 м) (Bell & Borgwardt, 1976), а ВМС Боливии содержат школу дайвинга на берегу Тикины на высоте 12 500 футов (3810 футов). м).

Для некоторых цель — дайвинг на высоте. В 1968 году команда во главе с Жаком Кусто установила рекорд по высотному погружению на озере Титикака на высоте 12 500 футов (3 810 м). В 1980-х годах американская команда совершила серию погружений в южноамериканских Андах на высоте 19 450 футов (5928 м) (Leach, 1986).В 1988 году команда из Школы подводного плавания ВМС Индии в Кочине, Южная Индия, совершила множество тренировочных погружений на плотине Пикара на холмах Нилгири на высоте 7000 футов (2134 м), прежде чем совершить 22 погружения на озере Манасбал (7000 футов, 2134 м), 16 погружений. в Лехе (11000 футов, 3353 м) и, наконец, ныряние на высоте 14 200 футов (4328 м), в озере Пангонг Цо на севере штата Ладакх в Гималаях (Sahni, John, Dhall, & Chatterjee, 1991). Как и в обычной экспедиции, часть отряда страдала от переохлаждения, головных болей или потери сознания.Нет таких проблем для британской экспедиции на ледник Кхумбу в районе Эвереста в Гималаях в 1989 году, когда они совершили 18 ледовых погружений в Гокио-Тшо на высоте 15700 футов (4785 м) и восемь ледовых погружений в Донаг-Чо на высоте 16000 футов (16000 футов). 4877 м), прорезая лед толщиной 1,2 м и достигнув глубины почти 30 м (Leach, McLean, & Mee, 1994). Рекорд в Lago Lincancabur был равен несколько раз с 1980-х годов (Morris, Berthold, & Cabrol, 2007), но в настоящее время остается неизменным, и в наши дни ВМС Боливии ныряют туда каждые несколько лет (H.Креспо, личное сообщение, 2010). Школа в Текине недавно получила новую гипербарическую камеру, поставила перед собой цель существенно расширить свои возможности нырять со смешанным газом и, по мнению авторов, готова достичь новых глубин в озере Титикака, нанести на карту неизведанные пещеры, чтобы восстановиться. артефакты доинкских цивилизаций, которые пересмотрят наше понимание доколумбовой истории, чтобы контролировать физиологию человека в ранее не существовавших средах и регистрировать фауну, которая в настоящее время неизвестна науке.

Способы компенсации

Таблицы для погружений представляют собой табличную матрицу глубин и времен, которые относятся к оценкам результирующего давления после погружения в диапазоне теоретических тканей. Если дайвер остается слишком глубоко слишком долго, его ткани будут испытывать такое сильное давление внутри них, что он не сможет безопасно подняться на поверхность. Ему нужно будет «разжаться» по пути вверх, иначе образуется слишком много пузырей. Конечно, вспоминая аналогию с банкой содовой: нужно ограничивать не только количество газа в тканях, но и скорость изменения при падении давления окружающей среды, что является вторым ключевым фактором, который необходимо учитывать.Чем выше скорость изменения, тем ниже пределы (более короткое время и / или меньшая глубина). Поэтому каждый стол разработан с учетом максимальной скорости подъема, и эта скорость подъема зависит от высоты. Современные дайверы полагаются на персональные подводные компьютеры для определения лимитов в реальном времени, и эти компьютеры используют управляющий алгоритм для оценки того, сколько минут можно допустимо оставить на любой глубине, на которой находится дайвер. Эти алгоритмы, как и алгоритмы, используемые для создания таблиц для погружений, различаются у разных производителей подводных компьютеров.Мало того, что алгоритмы различаются (и они часто являются частной информацией, которая затрудняет сравнение), компьютеры для погружений различаются также и другими способами, например, по частоте, с которой рассчитываются временные ограничения дайвера. Одна модель может оценивать оставшееся допустимое время каждую секунду, тогда как другая модель может оценивать оставшееся допустимое время каждые десять секунд. Другие механизмы безопасности также различаются между моделями, например, сигнализация скорости всплытия, которая издает регулярный звуковой сигнал, если максимальная скорость всплытия (разрешенная алгоритмом отдельного подводного компьютера) превышена.Многие подводные компьютеры также используют переменную скорость всплытия, что позволяет быстрее подниматься на большую глубину, а затем требует от дайвера замедлить всплытие ближе к поверхности, поскольку скорость изменения увеличивается экспоненциально. Споры между сторонниками постоянной скорости всплытия, первоначально рекомендованной ученым по имени Хилл, и переменной скорости всплытия, первоначально рекомендованной Холдейном, известны как «полемика между Хилл и Холдейном» (Marroni, 2002).

Конечно, помните, что первопричины декомпрессионной болезни до сих пор не доказаны.Доказательства убедительно подтверждают, но научно доказанная связь остается неуловимой. Мы думаем, что понимаем механизмы образования пузырей и причины декомпрессионной болезни, но многие из предположений, используемых для прогнозирования наших пределов, основаны на эмпирических пробах и ошибках, когда пределы были предсказаны, а затем пересмотрены в сторону уменьшения после использования в воде. Соответственно, сегодня используется множество алгоритмов, основанных на различных физиологических и физических предположениях о тканях человека, пузырьках и теории кинетики газов.Для развлекательных погружений в море эти различные алгоритмы обычно приводят к аналогичным прогнозам временных ограничений для каждой глубины, плюс-минус небольшая часть общего допустимого времени. Например, большинство подводных компьютеров и столов позволяют дайверу совершить свое первое в день погружение на 30 м в течение 16-25 минут (большинство из них позволяет около 20 минут). Некоторые тогда предполагают, что инертный газ вымывается быстрее во время поверхностного интервала между погружениями, а другие налагают более высокие временные штрафы за погружения, совершенные, когда у дайверов уже есть остаточный газ, оставшийся от предыдущих погружений.Результатом всего этого является то, что алгоритмы различаются по-разному, и способы, которыми они компенсируют погружения на большой высоте, также различаются (Egi & Brubank, 1995).

Компенсационные механизмы

Возможно, наиболее распространенный метод адаптации таблиц для использования на большой высоте — это преобразование максимальной глубины, которую планирует достичь дайвер, в «эквивалентную глубину морского погружения» (Paulev & Zubieta-Calleja Jr, 2007), что является способом сокращение разрешенного времени за счет использования ограничения по времени с большей глубины.Этот метод известен как «метод Холдейна» (Hennessy, 1977), позже названный ВМС США «перекрестной коррекцией» после того, как Э.Р. Кросс продвигал этот метод в 1967 году, а затем в 1970 году (Egi & Brubank, 1995). Чем выше высота, тем больше дайвер прибавляет к своей запланированной фактической глубине при поиске своего предела. Например, дайвер может планировать погружение на глубину 18 метров. Чтобы найти свой предел, он будет смотреть на ограничение по времени 18 м на уровне моря, ограничение 21 м на высоте 5000 футов и ограничение 27 м на высоте 10 000 футов (Bell & Borgwardt, 1976).Но существует ряд других теоретических способов адаптации таблиц погружений на уровне моря для использования на высоте, и даже больше способов использования персональных компьютеров для погружений. В одном недавнем исследовании (Buzzacott & Ruehle, 2009) порядок ряда подводных компьютеров, ранжированных в соответствии с их консервативностью на уровне моря, был изменен на противоположный на высоте 10 000 футов, так что самые консервативные на уровне моря стали самыми щедрыми. на высоте, и самый щедрый на уровне моря стал самым консервативным на высоте.

Заключение

Рекреационный дайвинг на высоте сопряжен с дополнительными рисками, чем дайвинг на уровне моря, и дайверам-любителям требуется дополнительная подготовка. Что касается погружений с декомпрессией, то все еще не известно, какой метод лучше всего адаптировать к существующим графикам декомпрессии для использования на высоте. Соответственно, любой команде, планирующей значительное воздействие декомпрессионного стресса на высоте, рекомендуется проконсультироваться с физиологом-дайвером, имеющим опыт работы в высокогорных погружениях.Более того, все дайверы должны согласиться с тем, что какой бы график погружений ни был принят, предположения, лежащие в основе этой модели, могут быть непроверенными или недоказанными, и что многие декомпрессионные погружения на большой высоте могут даже считаться экспериментальными по своей природе. Некоторые столы, например, были испытаны в воде до определенной высоты и остаются недоказанными выше этой высоты (Boni, Schibli, Nussberger, & Buhlmann, 1976). Чтобы свести к минимуму риск изгибов, по возможности следует принимать дополнительные профилактические меры, такие как выполнение подходящего режима упражнений перед погружением, введение дополнительного кислорода в дыхательную смесь, удаление инертного газа из дыхательной смеси, нагревание во время декомпрессии до стимулирование периферического кровообращения, эталон скорости всплытия, такой как утяжелитель или подвешенная трапеция, горизонтальная поза, чтобы естественная плавучесть легких способствовала максимальной площади поверхности для газообмена, и немедленная помощь после погружения для снижения нагрузки дайвера.

Погружение на высоте может быть большим удовольствием и вызовом, и есть много достойных причин для того, чтобы нырнуть в горные озера. Однако будьте осторожны — дайвинг на высоте гораздо менее прощает, если вы ошиблись. Простая вещь, такая как застрявшая кнопка надувного устройства плавучести, может быстро поднять вас, и вы с большей вероятностью справитесь с этим в море, чем в горах. Добавьте осложнения, такие как необходимость пересечь горный перевал, чтобы добраться до больницы, и относительно небольшой поворот может очень быстро стать очень неприятным, и никто не захочет оказаться парализованным от шеи до низа.

Список литературы

Белл Р. Л. и Боргвардт Р. Э. (1976). Теория высотных поправок к стандартным декомпрессионным таблицам ВМС США. Поперечные исправления. Подводный биомед Рес, 3 (1), 1-23.

Бони М., Шибли Р., Нуссбергер П. и Бульманн А. А. (1976). Погружения при пониженном атмосферном давлении: таблицы декомпрессии воздуха для разных высот. Подводный биомед Рес, 3 (3), 189-204.

Бойкот, А. Э., Дамант, Г.C.C. & Haldane, J.S. (1908). Профилактика заболеваний сжатого воздуха. J. Hyg. (Лондон) (8), 342-443.

Buzzacott, P., & Ruehle, A. (2009). Влияние большой высоты на относительную производительность декомпрессионных компьютеров для погружений. Международный журнал Общества подводных технологий, 28 (2), 51-55.

Эги, С. М., Брубанк, А. О. (1995). Погружение на высоте: обзор декомпрессионных стратегий. Undersea Hyperb Med, 22 (3), 281-300.

Гриббл, М.d. Г. (1960). Сравнение синдромов «большой высоты» и «высокого давления» декомпрессионной болезни. Британский журнал промышленной медицины, 17, 181–186.

Хеннесси Т. Р. (1977). Преобразование стандартных таблиц воздушной декомпрессии для безостановочного погружения с высоты или среды обитания. Подводный биомед Рес, 4 (1), 39-53.

Лич, Дж. (1986). Андская высокогорная дайвинг-экспедиция. Журнал подводных технологий, 12, 27-31.

Лич, Дж., Маклин, А., Ми, Ф. Б. (1994).Высокогорные погружения в Непальских Гималаях. Undersea Hyperb Med, 21 (4), 459-466.

Ленихан Д. и Морган К. (1975). Высотный дайвинг. Санта-Фе, Нью-Мексико: Министерство внутренних дел США. Служба национальных парков.

Маррони А. (2002). Какой профиль восхождения для профилактики декомпрессионной болезни? II — Полевая модель, сравнивающая способы всплытия по Хиллу и Холдейну, с прицелом на разработку алгоритма безопасной декомпрессии. Специальный проект DAN Europe DSL «Холдейн против холма».Евро. J. Подводный гиперб. Мед., 3 (3).

Моррис Р., Бертольд Р. и Каброл Н. (2007). Погружения на экстремальной высоте: планирование и выполнение погружений во время научной экспедиции на Высокие озера 2006 года. Доклад, представленный на 26-м симпозиуме Американской академии подводных наук, остров Дофин, штат Алабама.

NOAA. (2001). Руководство NOAA по дайвингу. Дайвинг для науки и техники (4-е изд.): Министерство торговли США. Национальное управление океанических и атмосферных исследований.

Паулев, П., & Zubieta-Calleja Jr, G. (2007). Глубокие погружения на больших высотах. Исследования в области спортивной медицины, 15, 213-223.

Сахни Т.К., Джон М.Дж., Далл А. и Чаттерджи А.К. (1991). Погружения на большой высоте от 7000 до 14 200 футов в Гималаях. Подводный биомед Рес, 18 (4), 303-316.

Schrotter, H. v. (1906). Der sauerstoff in der prophylaxie und therapie der luftdruckerkrankungen (2-е изд.).

Смит, К. Л. (1976). Высотные процедуры для океанского дайвера (стр. 46): Национальная ассоциация подводных инструкторов.

Винке, Б. Р. (1993). Дайвинг над уровнем моря. Флагстафф, Аризона: Лучшая издательская компания.

Питер Баззакотт

Биологическая адаптивность человека: адаптация к большой высоте

Есть два основные виды экологических стрессов на большой высоте для человека. Во-первых, есть сменяющиеся суточные экстремальные климатические условия, которые часто варьируются от жарких загар дни до морозных ночей. Кроме того, часто бывает сильный ветер и влажность. низкий, что приводит к быстрому обезвоживанию.Во-вторых, давление воздуха ниже. Обычно это самый значительный ограничивающий фактор. в высокогорных районах.

В процент кислорода в воздухе на расстоянии двух миль (3.2 км.) практически такая же, как на уровне моря (21%). Однако давление воздуха На 30% ниже на большей высоте из-за того, что атмосфера менее плотная, то есть молекулы воздуха находятся дальше друг от друга.

Когда мы дышать воздухом на уровне моря, атмосферное давление около 14.7 фунтов на квадратный дюйм (1,04 кг на см. ² ) заставляет кислород легко проходить избирательно проницаемый легочные оболочки в кровь. На больших высотах нижний воздух давление затрудняет попадание кислорода в наши сосудистые системы. В результат гипоксия , или кислород лишение. Гипоксия обычно начинается с невозможности выполнять нормальные физические упражнения. такие действия, как подъем по лестнице без усталости.Другое раннее симптомы «высотной болезни» включают отсутствие аппетита, рвота, головная боль, искаженное зрение, утомляемость и трудности с запоминанием и четким мышлением. В серьезных случаях симптомы, подобные пневмонии (отек легких ) из-за кровотечения в легких и аномальное скопление жидкости вокруг головного мозга (отек мозга ) развивать. Отек легких и головного мозга обычно приводит к смерти в течение нескольких дней, если не происходит возврата к нормальному уровню атмосферного давления. Также существует повышенный риск сердечной недостаточности из-за дополнительного стресса. размещается на легких, сердце и артериях на большой высоте.

Когда мы Путешествуя в высокогорные районы, наши тела изначально вырабатывают неэффективные физиологические реакции. Увеличивается дыхание и пульс увеличиваются вдвое, даже если отдыхает. Частота пульса и артериальное давление повышаются резко, поскольку наши сердца качаются сильнее, чтобы доставить больше кислорода к клеткам.Эти стрессовые изменения, особенно для людей со слабым сердцем.

Первоначальная неэффективная ответ на низкий давление кислорода

Позже более эффективная реакция обычно развивается по мере акклиматизации. Дополнительная красная кровь клетки и капилляры производятся для переноса большего количества кислорода. Легкие увеличиваются в размерах, чтобы облегчить осмос. кислорода и углекислого газа. Там также увеличение сосудистой сети мышц, что улучшает передачу газы.

Начало г. успешный акклиматизация с низким содержанием кислорода давление

Однако успешная акклиматизация редко приводит к тому же уровню физического и умственная подготовка, типичная для высот, близких к уровню моря.Напряженный упражнения и задания на запоминание по-прежнему остаются более сложными. Кроме того, ставка выкидышей обычно выше на высоте более двух миль потому что плоды получают меньше кислорода от матери.

Повышенная фитнес уровень после успешного акклиматизация к низкое давление кислорода

По возвращении на уровень моря после успешная акклиматизация к большой высоте, на теле обычно больше красного кровяные тельца и большая способность легкого к расширению, чем необходимо.С это дает спортсменам, занимающимся видами спорта на выносливость, конкурентное преимущество, У США есть центр олимпийской подготовки в горах Колорадо. Некоторые другие страны также тренируют для этого своих спортсменов на большой высоте. причина. Однако физиологические изменения, которые приводят к повышению физической формы, являются кратковременный на малой высоте. В считанные недели организм возвращается в нормальный уровень физической подготовки.

Повышенная физическая подготовка уровень для коротких период времени после возвращения на малая высота

Кто больше всего Вероятна высокогорная болезнь?

Самая низменная у людей начинают развиваться симптомы гипоксии на высоте 1-2 мили.Однако есть некоторые постоянные поселения в Андах на юге Америка и Гималаи в Азии, которые находятся на высотах 3 мили. Альпинисты достигли вершин, которые более 5 миль в высоту, но очень редко без использования баллоны с кислородом для облегчения дыхания. Самые высокие пики слишком высоки для любого человека акклиматизироваться до такой степени, что он может оставайтесь там надолго.

Альпинисты на вершина Mt.Логан, Юкон, Территория, Канада (высота 19850 футов)

Значительная изменчивость между людьми и между группами населения в их способности приспосабливаться к экологические стрессы высоких гор регионы. Обычно наиболее успешными являются те популяции, чьи предки жили на больших высотах тысячи лет.Так обстоит дело с некоторые из коренных народов, проживающих в Андах Горы Перу и Боливии, а также тибетцы и непальцы в Гималаи. Предки многих людей в каждой из этих популяций жили выше 13000 футов (около 4000 метров) на срок не менее 2700 лет.

Перуанская индианка женщина и Тибетец (оба из большая высота населения)
		(Ее щеки красный в первую очередь за счет увеличения кровь течь у поверхности кожи. Более красный клетки крови помогают она получает кислород к тканям ее тела.)

Подразумевается, что естественный отбор за тысячи лет приводит к тому, что некоторые популяции генетически более приспособлены к стрессы на большой высоте. Однако разные популяции физиологически реагируют на низкое давление кислорода в некоторых различные пути. Первичное решение индейцев с высокой горы долины в Перу и Боливии производили больше гемоглобина в их кровь и увеличить расширение их легких возможности.Оба приводят к увеличению кислорода переносится кровью. Напротив, общее решение тибетцев и непальцев, живущих в на больших высотах обычно было дышать быстрее, чтобы получить больше кислорода и более широкие артерии и капилляры, что позволяет значительно повысить скорость кровоток и, следовательно, большее количество кислорода, доставленного к их мышцы, несмотря на то, что в них относительно нормальный уровень гемоглобина. Недавнее исследование тибетских сельских жителей, живущих своей жизнью, насчитывает около 15000 человек. ноги показали, что у них есть 10 генов обработки кислорода, которые обычно не встречаются в низинных популяциях.Ген EPAS1 особенно важен в адаптация к средам с постоянно низким давлением кислорода.

Будете ли вы лично заболеть высокогорной болезнью в будущем может быть, по крайней мере, частично следствие вашей генетической наследственности. Те люди, у которых низкие уровни экспрессии гена PDP2 обычно имеют более тяжелые симптомы. Этот ген кодирует белок, который помогает в преобразовании пищи в топливо для наших тел.В некотором роде это, по-видимому, также помогает в акклиматизации к низкому давлению кислорода.

---

НОВОСТИ: В номере журнала от 15 марта 2011 г. Журнал эпидемиологии и общественного здравоохранения № , исследователи из Медицинская школа Университета Колорадо и Гарвардская школа глобальных Здравоохранение сообщило, что люди обычно дольше живут на больших высотах и ​​имеют меньший риск смерти от ишемической болезни сердца. Этот положительный эффект возникает, если у людей нет хронических проблем с дыханием.В исследователи предположили, что легкая гипоксия улучшает работу сердца. функционирует и производит новые кровеносные сосуды, которые увеличивают кровоток для сердце. Альтернативное объяснение, представленное авторами, состоит в том, что повышенное воздействие ультрафиолетового излучения солнца на больших высотах увеличивает способность организма вырабатывать витамин D, который полезен воздействие на сердце.

Диаграмма от высоты

до кислорода — уровни кислорода на большой высоте

Эта диаграмма кислорода экстраполирует эффективное процентное содержание кислорода на реальную высоту.

На реальной высоте атмосферное давление значительно меньше атмосферного давления на уровне моря. В результате молекулы кислорода в воздухе расходятся дальше друг от друга, постепенно снижая содержание кислорода при каждом вдохе по мере подъема на высоту. Таким образом, уменьшение доступности кислорода в воздухе снижает насыщение кислородом крови и мозга неакклиматизированных людей, попавших в окружающую среду. Вот почему люди, путешествующие с уровня моря, часто чувствуют себя довольно паршиво, по крайней мере, в первую неделю, когда они прибывают в места назначения на большой высоте.В крайней степени это десатурация кислорода приводит к тому, что люди испытывают Острая горная болезнь (AMS) , что является невероятно опасным состоянием. Чтобы избежать этих негативных последствий быстрого освоения высоты, мы рекомендуем людям использовать дома стратегию «предварительной акклиматизации», чтобы подготовить свое тело к работе на высоте.

Изменение барометрического давления на реальной высоте — это то, что ученые называют «гипобарической гипоксией». В Hypoxico вместо изменения атмосферного давления окружающей среды мы уменьшаем процентное содержание кислорода в воздухе, доступном пользователям, чтобы имитировать десатурацию на большой высоте.Это называется «нормобарической гипоксией», и было показано, что она очень эффективна для имитации большой высоты и вызывает работоспособность, акклиматизацию и общую адаптацию к здоровью, присущую высокогорному воздействию. Контролируя процентное содержание кислорода в каждом вдохе, пользователи могут обесцвечивать очень контролируемым и стратегическим образом, чтобы они могли достичь своих целей. Опять же, эта десатурация кислорода из крови и мозга — это то, что влияет на адаптивную реакцию в организме, и, постепенно вводя стимул, пользователи, находящиеся на уровне моря, могут достигать реальной высоты с минимальными побочными эффектами или без них.Наша таблица поможет вам найти уровни кислорода по высоте для многих обычных высот.

Ниже приведена диаграмма содержания кислорода на высоте, в которой процентное содержание кислорода экстраполируется на реальную высоту, которую можно использовать вместе с системами Hypoxico. Эта таблица поможет вам найти уровни кислорода на интересующей вас высоте, начиная с содержания кислорода в воздухе на уровне моря. Вы можете проконсультироваться с представителем Hypoxico, если у вас есть вопросы об истинной высоте, которую вы имитируете. Вы также можете увидеть реальные города, которые соответствуют смоделированной высоте при различных порогах содержания кислорода.

Загрузите и сохраните свою собственную копию карты высоты гипоксии для кислорода.

Таблица

Гипоксическая высота для кислорода (.pdf)

График гипоксической высоты для кислорода (.jpg)

Вы также можете загрузить карту высоты по кислороду в формате Excel, где вы можете ввести свое текущее значение высоты, чтобы получить соответствующие проценты для вашей высоты.

Таблица гипоксической высоты для кислорода (.xls)

График высоты гипоксии и кислорода

Высота, связанная с процентным содержанием кислорода.

Высота (футов)	Высота (метры)	Монитор O2 Показания	Эффективный Кислород Процент	Аналогичное местоположение
Уровень моря	Уровень моря	20,9%	20,9%	Штаб-квартира Гипоксико — Нью-Йорк, Нью-Йорк
1000	304	20,1%	20,1%	Тбилиси, Грузия (1,479 ‘- 451 мес.)
2,000	609	19.4%	19,4%	Канберра, Австралия (1984 ‘- 605 м)
3000	914	18,6%	18,6%	Шамони, Франция (3264 футов — 995 м)
4000	1219	17,9%	17,9%	Солт-Лейк-Сити, Юта (4226 футов — 1288 м)
5000	1524	17,3%	17,3%	Боулдер, Колорадо (5430 футов — 1655 м)
6000	1828	16.6%	16,6%	Стэнли, штат Иллинойс (6 253 футов — 1906 м)
7,000	2133	16%	16%	Flagstaff, AZ (6,910 — 2106 м)
8000	2438	15,4%	15,4%	Аспен, Колорадо (7907 футов — 2410 м)
9000	2743	14,8%	14,8%	Богота, Колумбия (8660 футов — 2640 м)
10,000	3048	14.3%	14,3%	Ледвилл, Колорадо (10200 футов — 3109 м)
11,000	3352	13,7%	13,7%	Куско, Перу (11,152 футов — 3399 м)
12000	3657	13,2%	13,2%	Ла-Пас, Боливия (11,942 футов — 3640 м)
13000	3962	12,7%	12,7%	Лагерь Ябук, Сикким, Индия (12,467 ‘- 3800 м)
14000	4267	12.3%	12,3%	Пайкс-Пик, Колорадо (14115 футов — 4302 м)
15000	4572	11,8%	11,8%	Маунт-Рейнир (14411 футов — 4392 м)
16000	4876	11,4%	11,4%	Mount Blanc (15 777 футов — 4808 м)
17000	5181	11%	11%	Базовый лагерь Эвереста (16900 футов — 5150 м)
18,000	5486	10.5%	10,5%	Гора Эльбрус (18 510 футов — 5642 м)
19,000	5791	10,1%	10,1%	Mt. Килиманджаро (19,341 фут — 5895 м)
20,000	6096	9,7%	9,7%	Mt. Денали (20,310 футов — 6190 м)
21000	6400	9,4%	9,4%	Hypoxico Home Generator Max
22000	6705	9%	9%	Ама Даблам (22349 футов — 6812 м)
23,000	7010	8.7%	8,7%	Аконкагуа (22841 фут — 6960 м)
24,000	7315	8,4%	8,4%	K12, Пакистан (24,370 ‘- 7428 м)
25000	7620	8,1%	8,1%	Чомо Лонзо, Гималаи (25,604 ‘- 7804 м)
26000	7924	7,8%	7,8%	Аннапурна (26,545 ‘- 8091 м)
27,000	8229	7.5%	7,5%	Чо Ойю (26 864 футов — 8188 м)
28000	8534	7,2%	7,2%	K2 (28251 фут — 8611 м)
29,000	8839	6,9%	6,9%	Mt. Эверест (29,029 футов — 8848 м)
30,000	9144	6,3%	6,3%	Hypoxico K2 High Flow Max

Почему ты так ужасно себя чувствуешь на большой высоте?

Твоя грудь вздымается, легкие горят, но ты не можешь отдышаться.Голова стучит, зрение затуманивается, но вы чувствуете, что в любую секунду упадете в обморок. Вы определенно достаточно в хорошей форме, чтобы без проблем подняться по лестнице — это какой-то кошмар?

Возможно, но если вы находитесь в горах, вы, скорее всего, испытаете высотную болезнь. Когда вы путешествуете на высоту около 8000 футов, ваше тело начинает говорить вам, что с воздухом там что-то серьезно не так. В «разреженном» воздухе на больших высотах значительно меньше кислорода и давления.Это связано с тем, что земная гравитация удерживает кислород близко к поверхности — настолько, что половина кислорода в атмосфере находится на глубине менее 18 000 футов. Для сравнения, высота Эвереста составляет около 29 000 футов. Самый высокий населенный город в мире — Ла-Ринконада, Перу, в Андах на высоте почти 17000 футов.

При таком меньшем количестве кислорода ваше тело должно дышать больше, чтобы получить такое же количество необходимой молекулы. Это приводит к одышке, головокружению и усталости, свидетельствующим о высотной болезни.Падение кислорода в сочетании с пониженным давлением воздуха наносит один-два удара вашей сердечно-сосудистой системе. Чтобы легкие могли вдыхать воздух без принуждения, давление вне вашего тела должно быть выше. Но на больших высотах внешнее давление воздуха ниже, чем внутри ваших легких, что затрудняет втягивание более разреженного воздуха и затрудняет перекачку кислорода через ваши вены по всему телу. В результате частота сердечных сокращений и артериальное давление резко возрастают, когда ваше тело начинает работать с ускорением. Это может привести к более неприятным симптомам, включая головную боль и спутанность сознания.

Если же высотная болезнь не лечится, она может стать намного хуже: высокогорный отек легких или высокогорный отек мозга. Оба состояния характеризуются сильной одышкой и усталостью и могут привести к смерти в течение 24 часов. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, примерно один из 10 000 лыжников в Колорадо получает ВОЛС. Поскольку вы можете почувствовать высотную болезнь или, что еще хуже, в самолете, летящем на высоте более 23000 футов, авиакомпании создают давление в салоне, чтобы воздух внутри ощущался так, как будто вы приближаетесь к земле.

Врачи обычно прописывают пациентам препарат ацетазоламид (торговая марка Diamox) за день или два до восхождения на большую высоту и в течение пары дней после того, как они туда попадут. Препарат заставляет ваше тело чувствовать, что вы находитесь на большой высоте, поэтому многие симптомы высотной болезни являются побочными эффектами. Он работает за счет увеличения количества газов, а именно кислорода, которые легкие могут поглощать, а затем распределять в кровь. Сочетание ацетазоламида или высотной болезни с алкоголем может серьезно усугубить негативные эффекты (поверьте мне).

Чтобы ограничить последствия болезни при путешествии на большую высоту, вы также можете избегать упражнений, пить много воды и, конечно же, переходить на более низкую высоту. Через несколько дней на большой высоте вы должны акклиматизироваться к новой высоте. Ваше тело стимулирует выработку красных кровяных телец, поэтому оно может транспортировать больше кислорода, благодаря чему вы чувствуете себя более нормально.

Когда вы вернетесь на уровень моря, повышенный приток кислорода, вероятно, заставит вас почувствовать себя на 10 лет моложе, то есть до тех пор, пока ваша сердечно-сосудистая система не придет в норму через несколько недель.

Почему на больших высотах меньше кислорода?

Если бы человек, живший в таком месте, как Гавайи, переехал в Денвер, штат Колорадо, каковы были бы положительные и отрицательные последствия для его здоровья и благополучия? Почему высота местности влияет на жизнеспособность человека. Сегодняшний вопрос проистекает из экологических свойств воздуха и того, как он может повлиять на человека, столкнувшегося с окружающей средой на большой высоте.

Эверест из космоса

Прежде всего важно отметить, почему на больших высотах меньше кислорода.Согласно веб-сайту по вопросам здоровья Altitude.org, мы должны думать об атмосфере «как об огромном океане воздуха», который постоянно оказывает давление на наши тела, равное примерно 10 метрам уровня моря. На уровне моря уровень кислорода в воздухе самый высокий, и люди не зависят от прямого уровня кислорода, существующего вокруг них. Поскольку воздух сжимаемый, воздух на уровне поверхности более плотный и сжимается вокруг нас на поверхности. Однако по мере того, как вы поднимаетесь выше в небо, воздух становится менее сжатым и, следовательно, тоньше в верхних частях атмосферы.Это приводит к тому, что не только кислород, но и весь состав воздуха, такой как азот и углекислый газ, истончаются на более высоких уровнях атмосферы.

Теперь, когда мы проанализировали, почему меньше кислорода существует в верхних слоях атмосферы, какие опасности существуют из-за чрезмерного воздействия в этих условиях?

На больших высотах атмосфера значительно отличается от атмосферы на уровне моря, и здесь существуют определенные опасности. Атмосфера для человека тоньше и обычно намного холоднее на больших высотах, и если кто-то подвергается слишком долгому воздействию в этих условиях, он или она может быть подвержен состоянию, известному как высотная болезнь.

Уровни кислорода на разных высотах

Горная болезнь бывает трех различных форм.

1. Острая горная болезнь (AMS) — возникает на высоте до 2 500 метров. Ощущение очень похоже на похмелье, поскольку симптомы включают головную боль, тошноту и усталость. Очень часто, поскольку одни страдают больше, чем другие, но это следует использовать как предупреждающий знак.
2. Высокогорный отек легких (HAPE) — Обычно возникает через 2-3 дня на высоте 2500 метров над уровнем моря. ВОД — это «избыток жидкости в легких», который может вызывать одышку в состоянии покоя.Также может вызывать жар и кашель.
3. Высокогорный отек мозга (HACE) — тяжелая форма горной болезни, встречающаяся примерно у 1% людей, поднимающихся на высоту 3000 метров над уровнем моря. HACE — это скопление жидкости в головном мозге, которое требует неотложной медицинской помощи, так как опасно для жизни.

Надеюсь, вы лучше понимаете, почему атмосфера различается на разных высотах и ​​при определенных условиях, которые могут возникнуть из-за чрезмерной экспозиции в тонкой атмосфере.

Спасибо за прочитанное!

— Сэмми Ли

Эта запись была опубликована в рубрике Без категории 1 декабря 2016 г. автором Samuel Sae Jong Lee.

Физиология — Институт высотной медицины

Общая информация

Итак, вы едете в Колорадо в гости? Лыжи? Взбираться? Путешествовать пешком? Джип? Холод? Колорадо предлагает лучший отдых в горах, с чистым воздухом и красивыми видами. Он также предлагает разреженный воздух с меньшим количеством кислорода. В этом разделе веб-сайта рассматриваются возможные проблемы, связанные с большой высотой, и предлагаются советы, как получить максимальное удовольствие от нашего прекрасного штата.

Что определяет большую высоту?

Для физиолога большая высота начинается с высоты около 5000 футов — высоты, на которой тело ощущает изменения в уровне кислорода и начинает реагировать усилением дыхания.Горнолыжные курорты в Колорадо варьируются от базовых областей на высоте 6–9000 футов до высоты около 13000 футов, а 54 пика достигают высоты более 14000 футов.

Почему в воздухе меньше кислорода?

Давление в атмосфере уменьшается по мере того, как вы набираете высоту. На всех высотах процентное содержание кислорода одинаково — 21%; тем не менее, это 21% от меньшего числа при увеличении. Барометрическое давление на уровне моря составляет 760 мм рт. Ст., А на высоте 10 000 футов — 534 мм рт. Дыхание воздухом теллурида эквивалентно вдыханию воздуха с содержанием кислорода только 15% на уровне моря вместо 21%.В результате в воздухе Теллурида на 29% меньше кислорода по сравнению с уровнем моря. На высоте 14000 футов в воздухе на 43% меньше кислорода, чем на уровне моря. Из-за пониженного давления воздуха на большой высоте объем воздуха, который вы вдыхаете в легкие, содержит меньше молекул кислорода при каждом вдохе.

Физиологические изменения

Ваше тело должно приспособиться к более низкому уровню кислорода, и этот процесс адаптации называется акклиматизацией. Во время акклиматизации в вашем теле происходит много изменений.Первое, что вы заметите, — это то, что вы дышите быстрее и глубже, чтобы получить больше кислорода. Таким образом, вы можете чувствовать одышку в течение первых 2-3 дней, особенно при физической активности. Некоторая одышка при физических нагрузках является нормальным явлением. Частота сердечных сокращений также увеличивается, чтобы обеспечить тканям более насыщенную кислородом кровь, и это может быть заметно в первые несколько дней; после этого скорость снижается до более нормальной. Учащенное мочеиспускание является ответом на изменения кислотно-щелочного баланса вашего тела и помогает вам в процессе акклиматизации; обычно это заметно на вторые сутки.У некоторых людей возникают легкие отеки на руках, ногах и лице, что несерьезно.

Нарушения сна

Проблемы со сном — довольно распространенное явление на большой высоте. Низкий уровень кислорода напрямую влияет на спящий центр мозга. Частые пробуждения, легкий сон и меньшее общее время сна являются основными проблемами, и они обычно улучшаются с акклиматизацией через несколько ночей. Однако у некоторых людей будут проблемы со сном, несмотря на акклиматизацию.

Что такое периодическое дыхание во время сна?

Это состояние, которое может вызвать проблемы со сном, встречается довольно часто, но не связано с высотной болезнью.Это результат борьбы внутри тела за контроль дыхания во время сна. Кислородные датчики в теле приказывают мозгу усилить дыхание, что заставляет легкие выпускать CO2. Но датчики СО2 в организме затем говорят мозгу перестать дышать, потому что СО2 становится слишком низким. Затем дыхание останавливается примерно на 12 секунд, пока кислородные датчики снова не сработают. Результатом является нерегулярный паттерн дыхания с 4 или около того глубокими вдохами, за которыми следует полное отсутствие вдохов. Первый глубокий вдох иногда разбудит человека с ощущением одышки или удушья.Этот паттерн может продолжаться и в течение дня, но, как правило, больше всего беспокоит его ночью, так как он часто будит человека несколько раз. Хотя неудобно, но не опасно. Это легко лечится небольшой дозой Diamox® (62,5 или 125 мг) перед сном; это сглаживает дыхание, улучшает сон и повышает уровень кислорода в крови.

Что мне нужно, чтобы заснуть?

• Если вы плохо спите из-за периодического дыхания, Diamox® должен быть препаратом первого выбора для улучшения сна.
• Бензодиазепины, такие как темазепам (Ресторил®), лоразепам (Ативан®), диазепам (Валиум®) и алпразалам (Ксанакс®), как правило, следует избегать, поскольку они снижают дыхательную активность, особенно в сочетании с алкоголем. Лекарства для сна, такие как золпидем (Ambien®) и эзопиклон (Lunesta®), безопасны на высоте и, кажется, работают хорошо, не влияя на дыхательную активность.
• Некоторые люди используют безрецептурные снотворные, такие как Tylenol PM®, который содержит Benadryl®, антигистаминный препарат.Доказано, что антигистаминные препараты не влияют на дыхание, и их можно безопасно принимать.
• Если вы принимаете тразадон для сна, нет никаких доказательств того, что он снижает дыхательную активность и, вероятно, безопасен на высоте.
• Если у вас синдром обструктивного апноэ во сне (СОАС), это может ухудшить ваши симптомы сна на высоте. Если вы спите с СИПАП (постоянное положительное давление в дыхательных путях), обязательно используйте его на высоте.