Vazduhoplovna medicina/Sadržaj/Hipoksična hipoksija i aklimatizacija na visinu
Hipoksična hipoksija, hipobarična hipoksija, koja nastaje nakon uspona iznad 5.000 ft (1.524 m), aktivira čitav niz integrisanih fizioloških promena nakon uspona na visinu. Ove promene funkcija organizma imaju za cilj da povećaju snabdevanje tkiva kiseonikom i najizraženiji u onim delovima tela koji su direktno povezani sa isporukom kiseonika (a to su kardiovaskularni i respiratorni sistem), ali ove promene se verovatno javljaju i u svim sistemima organanizma.
Aklimatizacija[uredi]
Vremenom, niz promena u organizmu mogu proizvesti stanje fiziološke adaptacije, poznato pod nazivom "aklimatizacija" koja dozvoljava čoveku da na visini, na kojoj je aklimatizovan, postigne maksimalnu efikasnost sopstvenih radnih, umnih i fizičkih mogućnosti. Još važnije, sa medicinske tačke gledanja, je činjenica što kod pravilno aklimatizovane osobe izostaje pojava visinske bolesti.
Vreme trajanja aklimatizacije i njen uspeh je u funkciji interakcije, između zajedničkih fizioloških karakteristike pojedinih ljudi i veličine hipoksičnog stresa koji je određen dostignutom visinom i brzinom uspona. Zato što je na određenoj visini, puna aklimatizacija na visinu niža i daje samo delimičnu aklimatizaciju u toku uspona od nižih ka višim visinama. Jednom savladana, aklimatizacije se održava dokle god čovek ostaje na dostignutoj visini, ali je on gubi po povratku na niže visine.
Mehanizam[uredi]
Fiziološke promene koje izaziva aklimatizacija na visinu utiču na sve faze prometa kiseonika, od razmene u plućima do difuzije kiseonika u mitohondrijama i ćelijama. Prva posledica smanjenja alveolarnog kiseonika na velikim visinama, je pad parcijalnog pritiska i smanjenje sadržaja kiseonika u arterijskoj krvi što izaziva nadražaj perifernih i centralnih hemoreceptora. Ovaj učinak nastaje kada se u udahnutom vazduhu pO2 smanji na oko 122 mmHg ili više, na visini većoj od 5.000 ft (1.524 m). Osetljivost perifernih hemoreceptora je, najverovatnije, genetski određena, i strogo je individualna karakteristika svake osobe, ali može biti i modifikovan od strane;
- stimulatora metabolizma, kao što su kofein i kakaoa,
- respiratornih stimulatora, kao što su progesteron,
- respiratornih depresora kao što je alkohol ili lekove za spavanje, i
- raznih drugih faktora.
Stimulacijom hemoreceptora nastaje povećanje ventilacije koja delimično povećava pritisak kiseonika u alveolama i smanjenjuje parcijalni pritisak ugljen-dioksida u arterijskoj krvi.
Iznad oko 8,000 fita (2.438 metara), povećana ventilacija ne uspeva da u potpunosti kompenzuje smanjen sadržaj kiseonikau inspirisanom (udahnutom) vazduhu, što ima za posledicu smanjenje sadržaja kiseonika u arterijskoj krvi, koji je proporcionalan dostignutoj visini. Nedostatak kiseonika u arterijskoj krvi nastavlja stimulaciju hemoreceptor, međutim dalja hiperventilacija uzrokuje respiratornu alkalozu, koja teži da ograniči povećanu ventilaciju tokom daljeg izlaganja visini. U toku od nekoliko dana boravka na visini, bubrezi kompenziraju povećanu respiratornu alkalozu izlučivanjem bikarbonata, što „odmara“ ventilaciju i sprečava njen dalji rast i stimulaciju hemoreceptora, a svoj maksimalni učinak dostiže nakon 7 do 10 dana. Nakon daljeg uspona, proces se ponavlja u manjem stepenu uz dalje povećanje ventilacije. Povećana ventilacija je glavni mehanizam kojim organizam poboljšava nivo snabdevanja kiseonikom organe, tkiva i ćelije tokom aklimatizacije na visinu.
Sledeći oblik isporuke kiseonika do tkiva, na koji utiče hipoksična hipoksija, je transport kiseonika iz pluća do tkiva i ćelija. Promene se javljaju kako na krvnim sudovima kroz koji se transportuje kiseonik, tako i na srcu koje je odgovorno za distribuciju krvi njenim upumpavanje u krvne sudove. Nekoliko sati nakon uspona dolazi do smanjenje volumena plazme za oko 10-20% koje je izazvano kretanjem tečnosti iz krvnih sudova u međućelijske i intersticijalne u tkivima. U osoba koje se normalno aklimatizuju, ta tečnost se iz tkiva brzo izlučuje preko bubrega. Kao rezultat gubitka volumen plazme, relativno raste koncentracija hemoglobina i njihova efikasnosti prenosa kiseonika, bez apsolutnog povećanja broja crvenih krvnih ćelija (eritrocita) u krvi. Iako stimulacija eritropoetina nastaje samo nekoliko sati od početka izlaganja organizma visini, povećana proizvodnja crvenih krvnih ćelija je merljiv tek nakon nekoliko nedelja.
Volumen plazme ima tendenciju da se oporavi nakon produženog (nedelja do mesec dana) izlaganj visini, ali istovremeno hematokrit i koncentracija kiseonika u krvi ostaju visoki zbog povećane produkcije i povećanog broja crveni krvnih ćelija (eritrocita).
Najznačajnije visinom indukovane promene cirkulacije, povezane su mogućim promena protoka krvi u srcu mozgu i plućima. Srčani protok je inicijalno povećan, zbog hipoksijom izazvane stimulacije nervnog sistema i povećane aktivnosti simpatikusa. Povećanje srčanog rada je u funkcija sprečavanja nastanka srčanog i moždani udar, koji može nastati zbog smanjenog obima cirkulacije u ovim organima, prvenstveno izazvanog gubitkom volumena plazme. Simpatička aktivnost takođe izaziva, povećanje sistemskog (arterijskog) krvnog pritisak, perifernu venoconstriciju i povećan bazalni metabolizam.
Ako je trajanje izlaganja visini duže od tri nedelje, aktivnosti u organizmu opadaju i volumen plazme ima tendenciju da se oporavi. Kao rezultat tih promena, rad srca se smanjuje i približava vrednostima na nivou mora. Ravnoteža ovih promena dovešće do smanjenja srčanog rada tokom vremena, mada je on i dalje uvek iznad vrednosti na nivou mora u mirovanju i tokom submaksimalnog fizičkog opterećenja.
S druge strane, maksimalni rad srca se smanjuje proporcionalno nadmorskoj visini i tako ostaje svo vreme nakon uspešne aklimatizacije. Zbog toga je maksimalna radna sposobnost organizma ograničena svo vreme izlaganja visini. Moždani protok krvi je u funkciji ravnoteže između visinom indukovane hipoksije vazodilatacije i hipokapnijom indukovane hipoksija (vazokonstrikcije indukovane hiperventilacijom). Moždani protok se znatno sporije vraća na vrednosti koje je imao na nivou mora u toku aklimatizacije.
Visinom izazvane promene u cirkulaciji pluća, karakteriše plućna hipertenzija zbog povećanog otpora u plućnim arterijama. Adaptivna funkcija ovih promena je nejasna, ali to može da poboljša ventilaciju i obezbedi odgovarajuću perfuziju. Vrednost povećanja pritiska u plućnim arterijama je donekle srazmerna veličini hipoksiji, i svi činioci koji smanjuju nivo kiseonika u krvi imaju tendenciju da preuveličaju povećanje arterijskog pritiska u plućima. U te činioce spadaju i fizičko vežbanje, izloženost hladnoći i apneja za vreme spavanja, koji su slični onima na visini.
Nakon završetka procesa izlaganja visini, dostava kiseonika u tkiva je olakšana zahvaljujući hipoksiji; koja je stimulisala povećanje broja crvenih krvnih. Porast "zamenom" krive zasićenja hemoglobina kiseonikom na desno, što omogućava eritrocitima da se lakše oslobodi kiseonikau tkivima. Na velikim visinama veoma visok, efekat je protivteža respiratorna alkaloza koja nastoji da pomeri krivu ulevo, što olakšava prijem kiseonika u eritrocitima na nivou pluća i otežano oslobađanje u tkivima. Međutim, na ekstremnim visinama preovladava pojava teške respiratorne alkaloze , i kriva acido-bazneravnotežekriva se pomera u levo. Ovaj pomak omogućava značajno povećanje zasićenja hemoglobina u eritrocitima za dati alveolarni pritisak kiseonika na ekstremnim visinama.
Iako nije u potpuno istražen, broj visinom izazvanih promena kod ljudi, verovatno se one javljaju na nivou tkiva. Smatra se da povećana kapilarne gustine i broj mitohondrija u mišićnom tkivo ima značajan uticaj. Ove promene su povezane sa smanjenjenom količinom kiseonika koji treba da difuzijom iz krvi dospe do mitohondrija. Pored toga, mogu postojati promene u enzimskim procesima odgovornim za efikasnije iskorišćenje ćelijama isporučenog kiseonika.
Sled fizioloških promena koje izaziva aklimatizacija na visini zahteva određeno vreme. Kao što je već navedeno, vreme potrebno da se neka osoba aklimatizuje definisano je brzinom uspona i dostignutom nadmorskom visinom;
- Na nižim nadmorskim visinama ili tokom sporog uspona, stepen hipoksije je blag i dovoljan da nastanu relativno male fiziološke promene koje su efikasne u minimiziranju performansi organizma izloženog visini.
- Na većim visinama ili tokom brzog uspona, aklimatizacija traje duže, jer je stepen hipoksije povećan, što zahteva niz obimnijih fizioloških promena, za koje je potrebno i više vremena da bi se okončao proces aklimatizacije.
- Na ekstremnim visinama, stepen hipoksične hipoksije je toliko ozbiljan da fiziološke promene ne mogu da nadoknade nedostatak kiseonika i zato se na tim visinama ne postiže potpuna aklimatizacija.
Hipoksija ne izaziva samo mentalnu depresiju, nego jako umanjuje i radnu sposobnost mišića. To se ne odnosi samo na skeletne mišiće već i na srčani mišić, zbog čega je maksimalni nivo minutnog volumena srca snižen. Prema Gajtonu smanjena radna sposobnost direktno je proporcionalna smanjenju maksimalnog primanja kiseonika koje telo može da ostvari. To se najbolje može ilustrovati prikazom u ovoj tabeli.
| Obim aklimatizacije | Radna sposobnost u % |
|---|---|
| Neaklimatizovan | 50% |
| Aklimatizovan tokom 2 meseca | 68% |
| Domorodac koji živi na 4.500 metara a radi na 5.000 metara. | 87% |
| Šerpas na Himalajima na 9.000 m | Mogu provesti više sati bez kiseonika na ovoj visini |
Kod većine osoba na veoma velikim nadmorskim visinama, 70-80% respiratornih funkcija u aklimatizaciji nastaje nakon nedelju do deset dana. A 80-90% od ukupnog dostignutog fiziološkog nivoa aklimatizacije postiže se u periodu od tri nedelje do mesec dana. Maksimalno aklimatizacije može da traje mesecima i godinama. Neki ljudi sa brže aklimatizuju od drugih, ali se zato određen broj ljudi ne aklimatizuju uopšte. Takve osobe nisu pogodne za vazduhoplovstvo, vojsku, bavljenje alpinizmom itd., jer umanjena sposobnost aklimatizacije njihovog organizma, utiče na njihove umne i radne spoosnosti. Takve osobe najčešće obolevaju od visinske bolesti, i treba ih smatrati za fizički profil sa ograničim sposobnostima za boravak na velikim visinama. Nažalost, ne postoji pouzdan način da se identifikuju ovi pojedinci osim po njihovom iskustvu tokom prethodnih izlaganja visini, ili opsežno sprovedenog hipoksičnog testa u simuliranim uslovima u hipobaričnoj komori.
Deaklimatizacija[uredi]
Jednom postignuta aklimatizacija na bilo kojoj nadmorska visina, održava se svo vreme dok se organizam izlaže toj visini. Izloženost većim visinama će podstaći dalju aklimatizaciju, ali spuštanje na nižu visinu će izazvati gubitak aklimatizacije. Ovaj gubitak se često naziva „deaklimatizacija“. Aklimatizacija će se verovatno izgubiti na približno istom nivou, na kome se ona nalazila pre uspona, tako da osobe koje su boravile na visini gube oko 80-90% ove sposobnosti u prve tri do četiri nedelje nakon povratka sa visine.