Влияние, оказываемое горным климатом на организм человека

Все указанные раньше обстоятельства не могут не сказаться на организме человека, попадающего в эти условия. Наиболее ощутимым, имеющим в этом отношении решающее значение, является уменьшение парциального давлениякислорода. Наш организм при каждом данном состоянии должен получать определенное количество этого газа. В покое потребляется 180-250 см³ в 1 минуту, при физической же деятельности потребность в кислороде возрастает в зависимости от длительности и мощности работы, доходя до 2500 и больше см³ в минуту.

Совершенно понятно, что при более или менее значительном уменьшении содержания кислорода в воздухе эта задача усложняется.

Кроме того, следует учесть, что для нормальной работы организма нужно не только достаточное суммарное количество кислорода, но и чтобы давление его в артериальной крови не было слишком низким.

Наиболее чувствительной в отношении недостатка кислорода или низкого давления его в артериальной крови является нервная система. В зависимости от степени кислородного голодания, что зависит от состояния альпиниста, высоты, на которой он находится, и ряда других моментов сила воздействия этого фактора на нервную систему будет различна.

На больших высотах (по Коху) сначала наблюдается понижение тонуса симпатической и парасимпатической нервных систем, сменяющееся затем повышением его. Одновременно недостаток кислорода вызывает изменение деятельности нервных центров, что проявляется в снижении активности, в быстро и легко наступающем чувстве усталости и в ослаблении умственных способностей. В резких случаях дело доходит до совершения бессмысленных, не оправданных данными обстоятельствами поступков. Недостаток кислорода изменяет, а нередко довольно резко снижает функции органов чувств (зрение, слух, вкус).

Условия, в которых находится в каждый данный момент человеческий организм, заставляют его использовать существующие в нем регуляторные механизмы для приспособления функции отдельных органов и систем к изменившимся обстоятельствам и восстановления нормальных условий для их работы и жизнедеятельности.

В горных условиях первой системой, при помощи которой организм пытается компенсировать недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе, являются органы дыхания. Невозможность ввести в легкие достаточное количество кислорода при нормальном объеме дыхания заставляет довольно значительно изменить работу дыхательного аппарата.

Эти изменения обнаруживаются даже в покое, и особенно ясны они при физической работе. Если при нормальном давлении в покое с каждым вдохом в наши легкие вводится 400-600 см³ воздуха, что дает за минуту (при 16-20 дыханиях) 6-8 литров, то при пониженном давлении, соответствующем высоте в 5000-5500 м, глубина каждого вдоха увеличивается до 900-1000 см³, а вентиляция легких — до 13-14 литров в минуту (Леви, Дуриг, Стрельцов, Цунтц, Вебер и др.). (Вентиляция легких — количество воздуха, вдыхаемое за определенный отрезок времени (обычно за 1 минуту). Это количество равняется произведению числа дыханий за это время на количество воздуха, вводимого в легкие с каждым вдохом). Ритм дыхания на высоте в 1500-2000 м в покое не изменяется или становится реже (Шатенштейн и др., Сосюр и Бер и др.).

В отношении того, что происходит на больших высотах, имеются расхождения во взглядах: например, Шатенштейн, Чиркин, Косяков и Котов нашли, что при переходе от долины Азау (2200 м) до Кругозора Эльбруса (3200 м), так же как при переходе от кругозора до «Приюта 11» (4200 м), у большинства дыхание становится более редким, оставаясь равномерным. Моссо, производивший наблюдения на Монте-Роза, считает, что уже с высоты в 3000 м появляется неравномерность дыхания: после нескольких глубоких и частых вдохов с литражом в 4-5 литров наступает период спокойного дыхания, когда глубина вдоха равняется всего лишь 500 см³, а вентиляция легких — 7-8 литрам в минуту. Периодическое дыхание на пике Пайк отмечено было Дугласом, Холдэном, Гендерсоном и Шнейдером. (Периодическое дыхание — когда после удлиненной паузы наступает дыхательный период, характеризующийся нарастанием глубины вдохов до определенного уровня с последующим уменьшением этой глубины). Учащение дыхания в первые дни пребывания в горах отмечает Крестовников (с 17 до 21). С другой стороны Цунтц со своими сотрудниками нашел, что дыхание в этих условиях становится реже, но глубже, что иллюстрируется следующими данными (табл. 11).

 

Таблица 11. Изменение частоты и глубины дыхания на высоте

Высота над уровнем моря, м	Частота дыхания	Глубина дыхания
34	13,2	447
500	10,8	497
2300	12,1	486
2900	9,0	654
4560	11,0	836

 

Изменения, наступающие в высокогорном климате в деятельности органов дыхания, этим не ограничиваются. Отмечено (Сосюр и Бер), что дыхательная пауза в горах удлиняется. Кроме этого, в противоположность тому, что является правилом при нормальном давлении, в горных условиях длительность выдоха становится меньше длительности вдоха.

Все исследователи нашли, что пониженное давление вызывает уменьшение жизненной емкости легких, но пока нет еще единого мнения относительно причин, вызывающих это. (Жизненная емкость легких — количество воздуха, которое может быть выдохнуто после самого глубокого вдоха). Одни считают, что уменьшение жизненной емкости является следствием ограничения подвижности диафрагмы, вызванного наступившим раздутием кишечника и желудка. Большинство авторов придерживается того взгляда, что в указанных условиях происходят прилив крови к органам дыхания и переполнение кровью легких, что уменьшает их вместимость. По всей вероятности, имеет также значение и непосредственное влияние, оказываемое уменьшенным количеством кислорода на дыхательную мускулатуру, и изменение тонуса бронхиальных мышц, зависящее от соответствующего изменения тонуса блуждающих нервов.

Индивидуальные различия в отношении воздействия пониженного парциального давления кислорода весьма велики. Шнейдер и Трисдол нашли, что потеря сознания у одних наступала при содержании кислорода равном 11,12% (80 мм рт.ст.), а у других — только при 5,2% (37 мм рт. ст.).

После того, как кислород вместе со вдыхаемым воздухом попал в легкие, он должен быть доставлен всем тканям нашего тела. Эту функцию выполняет кровь при помощи органов кровообращения. Изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, наблюдающиеся при пониженном атмосферном давлении и зависящие от уменьшения парциального давления кислорода, весьма разнообразны. Наиболее заметно изменение частоты сердечных сокращений. Конечно, и этот показатель работы сердца (по направлению и величине) варьирует весьма различно в зависимости от индивидуальных особенностей. У одних частота пульса может не изменяться, у других — несколько снижается, но у большинства она более или менее значительно увеличивается (Христенсен, Моссо, Гролман, Либих, Поль, Берт, Шнейдер, Холдэн и Пристли, Крестовников и др.).

Указанное увеличение имеет место в первые дни, достигая своего максимума на 2-5 день, с тем, чтобы затем постепенно вернуться к величине, нормальной для данного индивидуума. За четверо суток при давлении в 474 мм ртутного столба частота пульса несколько снизилась по сравнению с первым воздействием этого давления. Понижение давления до 436 мм вновь вызвало учащение сердечной деятельности, которое по восстановлении нормального давления стало довольно быстро возвращаться к исходной величине

Указанные явления подтверждаются данными, полученными Гролманом на пике Пайк, но в этом случае даже через 20 дней пребывания на высоте 4250 м пульс был все еще чаще, чем на уровне моря.

Под влиянием воздействия высокогорного климата изменяются и величины кровяного давления. (Давление, производимое кровью на стенку кровеносных сосудов). Максимальное кровяное давление повышается в первые дни на 10-20 мм, а затем, в среднем за 5 дней, снижается до нормы. Наряду с указанными изменениями отмечено также наличие ускорения кровотока.

Все это приводит к изменению минутного объема опорожнения сердца, что можно увидеть на рис. 3 и 5. Гролман отметил увеличение минутного объема кровообращения, наступившее в первые дни пребывания на пике Пайк, достигшее максимума через 4-5 дней, после чего оно примерно к 10-му дню, уменьшилось до исходной величины.

Увеличение минутного объема сердца происходит за счет ускорения кровотока и увеличения массы циркулирующей крови вследствие опорожнения депо, что, несомненно, имеет место при умеренной степени недостатка кислорода. (Депо — в данном случае некоторые органы нашего тела (селезенка, печень, кожа с подкожной клетчаткой и др.), которые при одних условиях, расширяясь, могут выключать из общего кровотока значительные количества крови, а при других — сжимаясь, освобождаются от излишка ее, который направляется опять в общий ток). Увеличение количества циркулирующей крови приводит к увеличению дыхательной поверхности находящихся в ней эритроцитов. Затруднение для работы сердца, создающееся при этом вследствие повышения удельного веса и вязкости крови, оказывается меньше того облегчения, которое сердце испытывает благодаря указанному явлению.

Все это приводит к определенным изменениям морфологических и физико-химических свойств крови. Давно уж известно, что в горах увеличивается количество эритроцитов в периферической крови. (Эритроциты — красные кровяные тельца). Сначала это происходит за счет депонированной крови, которая богаче, чем циркулирующая клеточными элементами. В дальнейшем недостаток кислорода оказывает раздражающее действие на костный мозг, который начинает энергично продуцировать новые клетки.

Поэтому возникают такие явления, как повышение осмотической резистентности эритроцитов, увеличение числа ретикулоцитов с 1,5-2,0 на 1000 эритроцитов до 5,0-7,0. (Резистентность — способность противостоять чему-нибудь, в данном случае — противостоять определенным растворам без распада. У молодых эритроцитов эта резистентность выше, чем у более старых. Ретикулоциты — молодые, менее зрелые эритроциты). Отчасти из-за этого же замедляется реакция оседания эритроцитов.

Увеличение числа красных кровяных телец в высокогорном климате может достигать больших размеров. Отмечены случаи, когда в этих условиях у людей было 8 миллионов эритроцитов и больше (против 4,5-5 млн в норме). Влияние, оказываемое высотой на этот показатель, отмечено в наблюдениях Крестовникова и Уманского (табл. 14).

Приведенные данные указывают также на то, что наряду с увеличением числа эритроцитов в этих условиях происходит и рост содержания гемоглобина в них, что соответствует мнению большинства исследователей. (Гемоглобин — красящее вещество, содержащееся в красных кровяных тельцах,придающее определенный цвет крови). В одних случаях количество эритроцитов увеличивается быстрее, чем гемоглобин, в других случаях имеется обратное соотношение. Исследования, произведенные на пике Пайк, показали, что нарастание гемоглобина идет параллельно увеличению числа эритроцитов. О нарастании красящего вещества эритроцитов с высотой говорит также рис. 6, на котором показано среднее содержание гемоглобина у лиц, постоянно живущих на данной высоте.

 

Таблица 14.

Высота, м	Длительность пребывания на высоте	Нв сали	Эритроциты млн	Цветовой показатель
9000	-	73,8	4,65	0,80
3630	1 год	87,89	5,53	0,80
3630	2 года	94,2	5,62	0,84
3630	3 года	101,7	5,78	0,89
3630	мест. житель	108,9	6,83	0,80
3900-4300	1 год	112,5	7,34	0,77
3900-4300	2 года	114,1	7,24	0,80
3900-4300	3 года	117,9	7,04	0,83

 

Изменяется на высоте и количество кровяных пластинок. При более или менее значительном воздействии высокогорного климата число их увеличивается. Отчасти вследствие этого укорачивается время свертывания крови.

Отклонения от нормы можно найти не только со стороны красной крови. Изменяются (количественно и качественно) также и лейкоциты. (Лейкоциты — «белые» кровяные тельца). По данным Крестовникова, количество белых кровяных телец в первые дни пребывания на высоте резко возрастает (больше чем на 4000), затем несколько снижается и остается на этом новом уровне, превышающем норму на 11-24%. Большинство исследователей (Грандик, Руппанер, Деви и др.) нашло лишь незначительные изменения количества лейкоцитов. По единодушному признанию, лейкоцитарная формула приобретает не совсем обычную картину: уменьшается число нейтрофилов, но зато увеличивается количество лимфоцитов и моноцитов. (Лейкоцитарная формула — процентное соотношение отдельных видов лейкоцитов).

Как было указано раньше, недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе при понижении барометрического давления вызывает возрастание вентиляции легких. Последнее наряду с увеличением количества кислорода, вводимого за минуту в легкие, приводит к усиленному выведению из организма углекислоты (СО2). Напряжение этого газа в альвеолярном воздухе из-за этого снижается, правда, несколько менее энергично, чем напряжение кислорода Такое снижение напряжения углекислоты в альвеолярном воздухе возможно лишь в том случае, если имеется соответствующее уменьшение содержания ее в крови и если она отсюда вытесняется более сильными кислотами. Исследования Баркрофта показали, что даже на средних высотах содержание СО2 в крови действительно уменьшается. Наряду с этим некоторые авторы отмечают увеличение содержания в крови, например, молочной кислоты. Но так как одновременно имеется значительное уменьшение резервной щелочностикрови и выведение буферов с мочой, то очевидно, что выведение СО2 происходит в больших размерах, чем вытеснение ее более сильными кислотами.

Это обстоятельство находит свое подтверждение также в том, что моча на высотах в покое становится щелочной и с ней выводится меньше аммиака. Все изменения, отмеченные в отношении деятельности органов дыхания, зависят от того влияния, которое оказывает недостаточное количество кислорода в крови при пониженном барометрическом давлении на так называемый дыхательный центр. Возможно, что некоторое значение в деле рефлекторной регуляции дыхания имеет также химическое раздражение нервных окончаний в сонных артериях, хотя в этом сомневаются Холдэн и Пристли. Возбуждение деятельности дыхательного центра, вследствие пониженного в этих условиях содержания кислорода в крови, приводит к гипервентиляции, что является причиной уменьшения количества СО2 в альвеолярном воздухе со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Оба эти фактора оказываются чрезвычайно важными в деле обеспечения человеческого организма кислородом и между ними существует значительная взаимозависимость. Это последнее обстоятельство выражается, например, в том, что с уменьшением концентрации водородных ионов в крови (вследствие понижения напряжения СО2 или снижения содержания других кислот в крови) увеличивается насыщение гемоглобина кислородом. Наоборот, при увеличении концентрации водородных ионов в крови способность гемоглобина соединяться с кислородом уменьшается. Поэтому понижение концентрации СО2 в альвеолярном воздухе при гипервентиляции в высокогорных условиях сопровождается более значительным превращением гемоглобина в оксигемоглобин, а большая концентрация СО2 в тканях вызывает усиление диссоциации оксигемоглобина, увеличивает снабжение тканей кислородом.

Здесь обнаруживается ясная зависимость степени насыщения гемоглобина кислородом от величины его парциального давления, причем наиболее энергично связывание кислорода и диссоциация оксигемоглобина происходят в районе низких давлений кислорода. Биологическая целесообразность такой зависимости велика, так как при этом даже на высоте в 4000 м, где напряжение кислорода в альвеолярном воздухе падает до 60 мм ртутного столба, гемоглобин насыщен им еще на 85%. С другой стороны, небольшие изменения потребления кислорода тканями, где напряжение его относительно невелико, вызывают значительное увеличение диссоциации оксигемоглобина (Жуков).

Взаимозависимость, существующая между напряжениями кислорода и СО2, выражается также в том, что поглощение СО2 в тканях и отдача ее в легких в значительной мере обусловлены в одном случае значительным уменьшением содержания кислорода в крови, а в другом — тем, что кислород входит в нее.

Нужно также иметь в виду, что напряжение СО2 в альвеолярном воздухе, являющееся пороговым длявозбуждения дыхательного центра, может изменяться. Этот порогможет снизиться при недостатке кислорода, при наличии в крови ненормально малых количеств свободной щелочи или при действии большого числа афферентных нервных импульсов (исходящих, например, от грудной клетки). (Порог — в данном случае, предел, ниже которого раздражение не вызывает видимого эффекта. Афферентный нервный импульс — возбуждение, возникшее на периферии и проводимое отсюда по нерву к центру).

Для более полного учета регуляторных механизмов, существующих в человеческом организме и могущих помочь более совершенно использовать недостаточное количество кислорода, поступающее с кровью к тканям в условиях высокогорного климата, следует иметь в виду, что температура тела является одним из факторов, регулирующих насыщение гемоглобина кислородом. Повышение температуры уменьшает, а понижение ее увеличивает насыщение гемоглобина кислородом, причем влияние, оказываемое температурой на этот процесс, сильнее выражено при низком давлении. Поэтому повышение температуры тела, происходящее на высотах, несколько уменьшая способность гемоглобина связывать кислород, более значительно увеличивает диссоциацию оксигемоглобина в тканях.

Пребывание в горном климате вызывает изменения также в обмене веществ, которые во многом зависят от индивидуальных особенностей, что видно из следующих сводных данных разных авторов. (Таблица 18).

 

Таблица 18. Изменения в обмене веществ в зависимости от высоты

Высота, м	газообмен		Высота, м	газообмен
	повышен	не повышен		повышен	не повышен
500	8	-	2900	3	2
1000	2	-	3100	8	1
1100	1	-	3400	7	2
1300	2	-	3700	1	-
1550	3	1	4560	10	1
1600	2	2	Итого:	47	15
2300	-	6

 

Обращает на себя внимание большая разница в высоте, на которой определено начало изменения обмена веществ (от 500 до 4560 м над уровнем моря).

Индивидуально различна не только высота, на которой начинается изменение обмена веществ, но и величина обнаруженного изменения газообмена

Во всяком случае можно считать установленным, что в горном и особенно в высокогорном климате обмен веществ у большинства усиливается. Последняя таблица говорит также о том что с увеличением высоты обмен веществ возрастает все сильнее. Небезынтересно и то, что с высотой становятся больше пределы колебаний, в которых происходит указанное возрастание, т. е. индивидуальные различия становятся более ясными, более значительными.

По данным Шенка в начале пребывания на высоте обмен увеличивается на 5-20%, с тем чтобы потом, после акклиматизации вновь снизиться до нормы. С другой стороны, Цунтц на высоте в 560 м после 3-4-недельного пребывания не нашел снижения. При переходе с одной высоты на другую — большую — обмен вновь усиливается, но не всегда одинаково, что отчасти может зависеть от предшествовавшей акклиматизации (длительности ее, степени и т. д.).

Под влиянием горного климата претерпевает изменения не только общий обмен веществ, изменяется также обмен отдельных веществ. Белковый обмен в этих условиях усиливается, увеличивается усвоение и распад белков. У большинства людей при достаточной акклиматизации имеется нарастание азотосодержащего вещества, которое сохраняется некоторое время и после спуска с гор.

На высотах изменяется и углеводный обмен: подъем уровня сахара в крови после его введения в организм происходит быстрее и длится меньше, повышается толерантность (выносливость)организма по отношению к углеводам, что зависит, очевидно, от удержания их обедневшими депо (печень, мышцы). В отношении изменений жирового обмена ничего определенного сказать нельзя.

Значительны изменения, которые в высокогорном климате наступают в водном обмене. Одним из моментов, характеризующих этот климат, наряду с пониженным барометрическим давлением является уменьшение влажности. Это ведет к усилению испарения жидкостей, что можно отметить по ряду бытовых явлений (быстрая сушка белья, высыхание деревянных изделий и т. д.). Несколько умеряется это испарение пониженной температурой воздуха в горах. Во всяком случае на высоте 2000 м испарение жидкости в среднем повышено на 52% по сравнению с обычными условиями. На человеке это обстоятельство сказывается не так сильно благодаря наличию в его организме ряда регуляторных механизмов. В первые дни пребывания на высоте жажда, как один из показателей состояния водного обмена, повышается, но затем она довольно быстро уменьшается и устанавливается на обычном для данного человека уровне.

Основная масса воды покидает организм или в виде мочи, или через кожу (с потом), или же через легкие (с выдыхаемым воздухом). Если общее количество воды, теряемое организмом в горном климате, увеличивается незначительно, по сравнению с обычными условиями, то соотношение между частями ее, покидающими наше тело указанными путями, изменяется резко.

По имеющимся данным диурез (количество образовавшейся (выделившейся) мочи) с высотой возрастает, а отдача воды другими путями уменьшается. При этом наряду с убывающим количеством воды, удаляемой через кожу, возрастает часть, покидающая наше тело с дыханием (табл. 20).

 

Таблица 20. Изменения отдачи воды с высотой

Высота, м	Отдача воды, %
	с дыханием	через кожу
низменность	25	75
1550	43,5	56,5
2450	46,8	53,2

 

Если на низменности отношение между количествами воды, удаляемой через кожу и легкие, равняется 3:1, то в горах оно изменяется значительно, приближаясь к отношению 1:1. В отдельных случаях водяные пары, выделяемые с дыханием, составляли 50-60 и даже 76% общего количества воды, содержащейся в поте и в выдыхаемом воздухе. В последнем случае соотношение между этими двумя величинами становилось противоположным тому, что имеется в обычных условиях внизу.

Указанное изменение имеет большое значение для теплорегуляции организма. Потеря тепла, происходящая с дыханием, и необходимость нагреть большую массу вдыхаемого воздуха приводят к тому, что на высоте в 5000 м на это затрачивается 648 б. кал. в сутки. (Большая калория (б. кал.) — единица тепла, равна 1000 малых калорий и соответствует количеству тепла, которое требуется для нагревания 1 кг воды от 14,5° до 15,5°Ц). Это составляет почти 25% всей теплоотдачи, в то время как на низменности на это затрачивается только 7,5-8% ее (Дирингсхофен).

С указанным обстоятельством связано и другое явление. Высушивающее действие горного воздуха сказывается прежде всего на слизистой оболочке верхних дыхательных путей (носа, рта, задней стенки глотки), что нередко создает ложное ощущение жажды.

Тот факт, что эти же участки дыхательного аппарата в первую очередь должны затрачивать много тепла на согревание вдыхаемого воздуха, при одновременном высушивающем действии высокогорного климата, часто приводит к болезненным состояниям, имеющим сходство с гриппозным, ангинозным и др. заболеваниями.

Во избежание неправильных выводов следует знать, что у здоровых людей пребывание на высоте в течение некоторого времени сопровождается повышением температуры тела, которое может дойти на больших высотах до 1,5-2,0° Ц.

Изменение условий жизнедеятельности клеток этой части слизистой оболочки из-за большой потери влаги и тепла может привести к понижению их сопротивляемости, из-за чего, чаще всего в первые дни пребывания в горах, встречаются ларингиты, фарингиты, насморки, ангины и т. п. (Окончание «ит» означает воспалительный процесс. Ларингит — воспаление гортани, фарингит — воспаление глотки).