Дыхание в условиях высокогорья

Дыхание в условиях высокогорья

А. Дыхание на большой высоте над уровнем моря (без предварительной акклиматизации)

На уровне моря среднее барометрическое давление [РB] «101 кПа (760 мм рт. ст.), содержание кислорода F/q2 = 0,209, а парциальное давление O₂ на вдохе РIO₂« 21 кПа. Однако РB снижается с увеличением высоты (Л, в км):

РB (на высоте h) = РB (на уровне моря) • е-0'127 *h[5.9]

Это приводит к падению легочного PIO₂ (A, колонка 1), альвеолярного PAO₂ и артериального PaO₂. PAO₂ на уровне моря составляет примерно 13 кПа (А, колонка 2). Величина PAO₂ является важной мерой снабжения кислородом. Если PAO₂ падает ниже критического уровня (примерно 4,7 кПа = 35 мм рт. ст.), развивается гипоксия и нарушение работы мозга. Критическое PAO₂ соответствует высоте 4000 м над уровнем моря при нормальной вентиляции (Д, прерывистая линия в колонке 2). Однако низкое значение РаO₂ активирует хеморецепторы, которые стимулируют увеличение общей вентиляции (VE); это называется вентиляцией при дефиците кислорода (А, колонка 4). В результате выдыхаются большие объемы СO₂ и значения PAO₂ и РaСO₂ снижаются (см. ниже). Как следует из газового уравнения для альвеол

PAO₂ = PIO₂-РaСO₂/RQ [5.101

где RQ - дыхательный коэффициент, любое падение РaСO₂ ведет к росту PAO₂. Вентиляция при дефиците O₂ предотвращает приближение PAO₂ к критическому значению вплоть до высоты 7000 м над уровнем моря (А).

Максимальное увеличение вентиляции (примерно трехкратное по сравнению с величиной покоя) во время острого дефицита O₂ относительно мало по сравнению с увеличением вентиляции (примерно в 10 раз по сравнению с величиной покоя) во время интенсивной физической нагрузки на уровне моря, поскольку повышенная вентиляция на большой высоте уменьшает РaСO₂ (= гипервентиляция), что приводит к развитию дыхательного алкалоза. Центральные хеморецепторы испускают сигналы, ослабляющие дыхательную передачу, таким образом противодействуя сигналам (от O₂ хеморецепторов) к усилению дыхательного стимула. Когда альпинист адаптируется, дыхательный алкалоз компенсируется за счет увеличенной почечной экскреции НСО3. Это помогает вернуть pH крови к норме, и усиление дыхания, связанное с дефицитом кислорода, становится основным эффектом. Стимуляция 142 кислородных хеморецепторов в высокогорных условиях ведет также к увеличению сердечного ритма и связанному с этим увеличению минутного сердечного выброса, улучшая таким образом снабжение тканей кислородом.

Кроме того, высокогорные условия стимулируют эритропоэз. Длительное воздействие высокогорных условий увеличивает уровень гемато-крита, хотя этот процесс и ограничен ростом вязкости крови.

Для выживания на высоте свыше 7000 м, где PIO₂ почти равно барометрическому давлению РB (А, колонка 3), необходимо кислородное дыхание из специальных баллонов со сжатым кислородом. При этом критический уровень PAO₂ достигается на уровне 12 км - с нормальной вентиляцией и на уровне 14 км - с повышенной вентиляцией. Современные самолеты летают чуть ниже этой критической высоты, чтобы пассажиры смогли выжить с кислородной маской в случае неожиданного падения давления в салоне самолета.

Выживание на высоте более 14 км невозможно без специальных барокабин или специальных костюмов, наподобие космических скафандров. Без таких приспособлений жидкости в составе тела начали бы закипать на высоте примерно 20 км (А), поскольку на этой высоте РB ниже, чем давление водяного пара при температуре тела (37 °С). Токсичность кислорода

Если легочное давление PIO₂ поднимается выше нормы (> 22 кПа или 165 мм рт. ст.) из-за увеличения содержания O₂ (кислородная терапия) или из-за увеличения общего давления при нормальном содержании O₂ (например, при подводном плавании), то наступает гипероксия. Степень токсичности O₂ зависит от PIO₂ (критическое значение —40 кПа или 300 мм рт. ст.) и продолжительности гипероксии. Дисфункция легких (дефицит сурфактанта) развивается, если PIO₂ «70 кПа (525 мм рт. ст.) в течение нескольких дней, или 200 кПа (1500 мм рт. ст.) - в течение 3-6 часов. Нарушения работы легких первоначально проявляют себя как кашель и болезненность при дыхании. При PIO₂ > 220 кПа (1650 мм рт. ст.; например, при подводном плавании на глубине —100 м с использованием сжатого кислорода) возможна кратковременная или долговременная потеря сознания.

Новорожденные могут ослепнуть, если подвергнутся длительному воздействию PIO₂ > 40 кПа (300 мм рт. ст.) (например, в кувезе новорожденного), поскольку при этом мутнеет стекловидное тело глаза.

Читайте также

• Дыхательная система
• Дыхательная функция
• Тренировки и адаптация в условиях гор
• Спортивная тренировка в условиях гор
• Искусственное дыхание
• Пневмоторакс
• Объем легких и его измерение
• Связывание и транспорт кислорода в крови
• Гипоксия
• Контроль и стимуляция дыхания
• Дыхание при подводном плавании
• Правильное дыхание при беге