Адаптация к повышенному и пониженному барометрическому давлению

Гипербария сопровождается усиленным растворением в биологических средах атм. газов (сатурация), особенно азота. Он насыщает кровь и органы, богатые липидами. Жировая ткань поглощает азота в 5 раз больше, чем кровь. Липидами богата мозговая ткань, поэтому от сатурации прежде всего страдает функции ЦНС. Сначала – легкое возбуждение, затем торможение – глубокий наркоз. Нарушения координации движений, ослабление сердечной деятельности.
ред. Черниговский, В.Н.; Сапов, И.А.: Организм в условиях гипербарии

Опасность для жизни возникает при быстром перемещении организма из среды с высоким давлением в нормальные условия (декомпрессия) – кессонная болезнь.
Патогенез: десатурация – образование пузырьков газа, высвобождающегося растворенного в крови и тканях. Пузырьки азота циркулируют, сливаются, превращаются в эмболы, закрывающие просвет сосудов – множественная газоэмболия нарушает нормальное кровоснабжение органов.
Основные симптомы: острые суставные и мышечные боли, нарушение деятельности головного мозга и периферических нервов, дыхания и работы сердца. Возможны судороги.
Профилактика: медленное снижение атмосферного давления – постепенная диффузия азота через легкие во внешнюю среду.

Пониженное барометрическое давление
Местами проведения горных работ, отдыха и развлечения, транспортировки, с/х работ и военной службы чаще становятся высокогорные условия, от человека требуется физическая и умственная активность. Эти виды деятельности предусматривают повышенное потребление О2. С увеличением высоты над уровнем моря постепенно снижается полное атм. давление (барометрическое давление) и содержание О2 в окружающей среде. Объем работ, который мы способны выполнить, постепенно снижается .

На строительство тоннеля в Колорадо на высоте 11 000 футов над уровнем моря потребовалось на 25% больше времени, чем на уровне моря, высотные условия – причина задержки в работе: повышенная мышечная утомляемость, и ухудшение умственной деятельности (памяти, счета, принятия решения и оценка ситуации.
Ученым Обсерватории Мона Лоа на высоте 4000 м над уровнем моря на острове Гавайи для проведения расчетов требовалось больше времени, чем они затрачивали на объектах на уровне моря, при этом они допускали больше ошибок.

С увеличением высоты над уровнем моря давление О2 в артериальных сосудах падает, но у лиц, прошедших адаптацию, давление выше, чем у не адаптированных. Когда давление О2 падает ниже 60 мм рт.ст., способность гемоглобина переносить О2 (О2 на % насыщения) резко снижается. Для переноса О2 кровью значение адаптации возрастает с увеличением высоты.
О2 необходим для непрерывного вырабатывания энергии; если к тканям подается меньшее количество О2 (гипоксия), то функция тканей ослабляется. Мозг наиболее чувствителен к недостатку О2. Если мы вдыхаем смесь с низким содержанием О2, первичной реакцией будет учащение дыхания, но через 10 минут или около этого усиление вентиляции легких в некоторой мере замедляется. Предполагается, что оно связано с ЦНС, контролирующей дыхание – гипоксическое замедление дыхания. Наблюдается вскоре после подъема на большую высоту. Замедление временно, длится несколько часов.

Учащение дыхания вызывает увеличенное выделение СО2 с выдыхаемым воздухом. В тканях тела СО2 образует водный кислотный раствор, а если СО2 выделяется с выдыхаемым воздухом, жидкости организма, включая кровь, становятся более щелочными, в теле изменяется КЩР. Дыхание регулируется не только для того, чтобы сохранить давление О2 на постоянном уровне, но также для поддержания КЩР.
Как только человек попадает в местность высоко над уровнем моря, любое учащение дыхания, вызванное низким содержанием О2 в окружающей среде, приводит к снижению давления СО2, которое вызывает алкалоз и замедляет стимуляцию дыхания. Организм не в состоянии поддерживать на постоянном уровне и давление О2 и КЩР.
Алкалоз – увеличение pH крови (и других тканей организма) за счёт накопления щелочных веществ.

Одним из способов восстановления равновесия – увеличение содержания щелочного бикарбоната в моче, это компенсирует дыхательную потерю кислотности, восстановление КЩР.
Выделение почками бикарбоната медленный процесс. При продвижении от уровня моря до высоты в 4300 м (14 110 футов) на адаптацию потребуется 7-10 дней. Функция почек, снижающая щелочное замедление дыхания, основная причина задержки усиления вентиляции легких после подъема, но основная роль – постепенное увеличение чувствительности каротидных гломусов к гипоксии в течение первых часов и дней после подъема – период адаптации дыхания.
Процесс адаптации позволяет увеличить частоту дыхания, чтобы компенсировать низкое давление О2, даже если давление СО2 падает. Поскольку при адаптации к высоте по мере учащения дыхания падает давление СО2, происходит повышение давления О2 в легочной альвеоле и в крови артериальных сосудов.

Рис. Парциальное давление кислорода, мм рт. ст.

С увеличением высоты время, необходимое для адаптации, увеличивается, поскольку с усилением вентиляции легких больше времени требуется для компенсации почками КЩР. На адаптацию к высоте в 3000 м над уровнем моря требуется 3-5 дня, а к высоте 6000-8000 м – 6 нед. или больше.
При возвращении происходит обратный процесс. Давление О2 в артериальных сосудах возрастает, и частота дыхания снижается. В этом случае количество выдыхаемого СО2 снижается и возрастает давление СО2 в крови и дыхательном центре. КЩР изменен в кислотную сторону, и для восстановления баланса почки должны сохранить бикарбонат. Возвращение из высотных районов, гипотетически, представляет собой зеркальное изображение высотного подъема, с одним важным исключением: на спуске артериальное давление О2 нормализуется немедленно.

Много связано с дыханием: эмоциональная и физическая активность, питание и бодрствование. Во время сна снижаются ЧДД и глубина вдоха, регулируемые низким содержанием О2 и высоким содержанием СО2. Снижаются степень вентиляции легких и глубина вдоха. На большой высоте количество молекул О2 в воздухе меньше, меньший объем альвеолярного воздуха удерживается между вдохами. При остановке дыхания (апноэ типичной для большой высоты) на несколько секунд падение давления О2 в артериальных сосудах происходит значительно быстрее, чем в местности, расположенной на уровне моря, хотя, в сущности, создаваемый в организме запас О2 больше.

Периодическое прекращение дыхания почти неизбежно в течение нескольких первых ночей после подъема на большую высоту. Гипоксическая стимуляция усиливает вентиляцию легких, которая в свою очередь снижает уровень СО2, замедляет дыхание и увеличивает гипоксическую стимуляцию, что в свою очередь стимулирует вентиляцию легких. Обычно прекращение дыхания длится 15-30 с и сопровождается несколькими очень глубокими вдохами, которые часто на короткий момент пробуждают спящего, затем наступает следующая остановка дыхания. Возможны частые пробуждения, и даже если общее время сна достаточное, его прерывание оказывает вредное воздействие на качество сна, создается впечатление беспокойной или бессонной ночи. Подача О2 устраняет циклический характер гипоксической стимуляции, щелочная ингибиция прекращает периодичность дыхания, и восстанавливается нормальный сон.

Адаптации организма к пониженному
барометрическому давлению
1. Активация синтеза РНК и белка в легких, сердце, костном мозге, сосудах коронарного русла, в симпатических нейронах, иннервирующих сердце. Увеличение дыхательной поверхности легких за счет роста количества вентилируемых альвеол, увеличению проницаемости альвеолярно-капиллярных мембран и объема крови в легких, к увеличению емкости коронарного русла, коронарного кровотока.
2. Перестройка системы гипофиз - кора надпочечников, снижение уровня ренина, альдостерона и ангиотензина II в плазме крови. Изменение электролитного гомеостаза, обусловленное уменьшением почечной экскреции калия и усилением выделения натрия. Увеличением диуреза, что в итоге отражается на тонусе сосудов.