Физиология на височината

Човешкият организъм е отворенa система, която съществува свързана с околната среда. В клетките, които го изграждат, протичат процеси, които изискват непрекъсната доставка на кислород. Това се осъществява благодарение на непрекъснатата функция на дихателната система. Чрез промяна на белодробната вентилация се доставят оптимални количества кислород на клетките. При изкачване на височина, белодробната вентилация нараства, вследствие на повишения енергоразход и на хипобарното налягане на заобикалящия въздух. Дишането на въздух с понижено парциално налягане на кислорода, води до понижено снабдяване на клетките с кислород. В тъканите се развива състояние на кислородна недостатъчност, което се означава като респираторна (хипоксична) хипоксия. Тя предизвиква различни физиологични промени в дихателната и в сърдечно-съдовата система, които имат за цел увеличаване на доставката на кислород към тъканите и компенсиране на хипоксията.

Физиологията на височината е свързана със стойностите на някои величини като промените в барометричното налягане, парциалното налягане на кислорода във въздуха, алвеолите, процентното съдържание на оксихемоглобина в кръвта. При изкачване на голяма височина, на всеки 100 метра барометричното налягане спада приблизително с 13,3 kPa.

При изкачване на голяма височина пониженото парциално налягане на кислорода води до недостатъчна сатурация (насищане на хемоглобина с кислород) на хемоглобина и превръщането му в оксихемоглобин, което причинява хипоксия (доставяне на по-малко количество кислород до тъканите). При изкачване на голяма височина алвеоларното парциалното налягане на кислорода се понижава повече, отколкото атмосферното такова. Причините са следните: в алвеоларния въздух непрекъснато постъпва въглеродния диоксид и се образуват водни пари, които разреждат кислорода и азота и намаляват кислородната концентрация. Поради усиленото дишане, дори и на височина от около 15000 м, парциално налягане на въглеродния диоксид е около 3,2 kPa, а това на водните пари остава 6,3 kPa.

Ако приемем, че общото барометрично налягане в алвеолата спада на 13,3 kPa, от които 6,7 kPa се падат на водните пари, то за другите газове остават 7,07 kPa. От тях 3,2 kPa се дължат на въглеродния диоксид. Тъй като кислородът е 1/5 от газовата смес (кислород/азот), то за парциалното налягане на кислорода би трябвало да остане 0,8 kPa. Тъканите обаче консумират кислород и съдържанието му в алвеолата още повече се понижава, като реалното парциално налягане на кислорода не надвишава 0,133 kPa. Това означава, че при тези условия животът е невъзможен, независимо че парциалното налягане на кислорода в атмосферния въздух е около 2,6 kPa, което би позволило едно минимално насищане на Hb с кислород.

Промени в дихателната система

Хипоксията, която се получава вследствие от височината, възбужда перферните химиорецептори, главно тези локализирани в каротидните телца. Последващият отговор от това стимулиране е нарастване на белодробната вентилация. Този хипоксичен вентилационен отговор настъпва при достигане на височина от 3000 метра. При нея стойността на РО₂ в атмосферния въздух е около 111 mmHg, а в алвеолите около 65 mmHg. Всяко нарастване на хипоксията предизвиква експоненциално нарастване на вентилацията, като до максимална се достига при височина от 6300 метра. След този максимум белодробната вентилация започва да намалява.

Освен промените във вентилацията, в белия дроб настъпват и други промени. Газовата обмяна се нарушава. Намалява насищането на кръвта с кислород. Това се дължи на намалената дифузия на кислород, поради ниското парциално налягане на кислорода в заобикалящата го среда и повишеното кръвно налягане в малкия кръг на кръвообращението, което е предизвикано от респираторната хипоксия. Белодробната хипертония може да се усложни с белодробен оток, който силно влошава газовата обмяна. Увеличената белодробна вентилация води до понижаване на парциалното налягане на кислорода в кръвта (хипокапния) и до развитие на респираторна алкалоза. Тя намалява афинитета на хемоглобина към кислорода и насищането на кръвта с О₂.

Промени в кръвта

В началото на изкачването на височина концентрацията на хемоглобина се увеличава. Това се дължи на настъпващата дехидратация по време на физическо усилие. При достигане на по-големи височини настъпва респираторна хипоксия, която стимулира производството на еритропоетин и оттам еритропоезата. Така концентрацията на хемоглобина достига 200 g/l. Тези промени в кръвта водят до увеличаване на нейния вискозитет и на нейната съсирваемост. По този начин се увеличава вероятността за настъпване на инфаркт и венозна тромбоемболия.

Промени в мозъка

Хипоксията потиска функциите на централната нервна система. Повишената честота на инцидентите при екстремни височини се дължи най-вече на неправилна преценка, вследствие от нарушената мозъчна функция. При екстремни височини диспнеята, която се дължи на мозъчна хипоксия, още повече влошава състоянието на организма и забавя изкачването. При връщане в нормобарни условия мозъчната функция се подобрява, но в някои случаи могат да останат трайни промени.

Освен промените в дишането, в кръвта и в мозъка, се наблюдават и други промени, които се дължат на респираторната хипоксия. Една от най-важните от тях е намалената способност за извършване на физическа и умствена работа и нарушения в качеството на съня. С изкачване на височина максималната кислородна консумация (МКК) на организма намалява. При височина от 3000 метра тя е една 85% от МКК, а при 5000 метра е само 60%. Силното намаляване на МКК е причина за намалена способност за извършване на физическа работа. Този ефект се дължи на намалено производство на енергия в митохондриите на клетките. Хипобарните усовия водят до намаляване на способностите за извършване на умствена работа. Голяма част от хората работещи при височина 4000 метра допускат много аритметични грешки, вниманието им е намалено и страдат от обща умствена умора. При 1500 метра височина нощното виждане се влошава. Тези промени отново се обясняват с настъпилата мозъчна хипоксия. Наблюдават се и силни нарушения в съня – чести събуждания, кошмари. Интересен е фактът, че миокардният контрактилитет се запазва непроменен дори при екстремни височини.