Физиологические изменения на больших высотах

 

Приспособляемость человеческого организма к низкому атмосферному давлению изучается физиологами уже более восьмидесяти лет.

Из всех изменений организма, связанных с адаптацией, раньше других было открыто и лучше всего было изучено увеличение количества и концентрации в крови красных кровяных шариков, содержащих кислороднесущий пигмент – гемоглобин. Это открытие сделал в 1871 г. Вио. Однако имеются основания предполагать, что это свойство не играет такой важной роли, как считали раньше, ибо наряду с другими фактами было замечено, что некоторые люди с относительно низким содержанием гемоглобина в крови чувствовали себя хорошо на большой высоте.

Гораздо большее значение имеет увеличение объема воздуха, вдыхаемого каждую минуту ("легочная вентиляция"). Благодаря этому уменьшение плотности воздуха компенсируется увеличением количества воздуха, проходящего в минуту через легкие. Убыстрение ритма дыхательных движений регулируется стимулированием расположенных вдоль аорты и сонных артерий рецепторов, которые весьма чувствительны к понижению парциального давления кислорода в артериальной крови. В обычных условиях атмосферного давления мозговой центр, управляющий дыхательными движениями, реагирует не на парциальное давление кислорода в крови (остающееся постоянным, за исключением случаев резкого физического напряжения), а на прямое действие парциального давления углекислоты в артериальной крови. На большой высоте увеличение ритма дыхательных движений вызывает понижение давления углекислоты в легких, что находит свое отражение в соответствующем понижении давления углекислоты в артериальной крови. Таким образом, на большой высоте обычные стимулы уже недостаточны для дыхательного центра мозга, и последний начинает реагировать на стимулы, исходящие от периферийных рецепторов, которые чувствительны к парциальному давлению кислорода. Такое изменение в регулировании дыхания осуществляется не так просто, и сперва имеют место некоторые "колебания", подобно тому, что происходит с любым саморегулирующимся механизмом, чувствительность которого недостаточна. Это проявляется в периодическом так называемом дыхании Чейн-Стокса, часто наблюдаемом на больших высотах и связанном с чрезвычайно неприятными ощущениями. Однако до сих пор в точности неизвестно, объясняется ли акклиматизация тем, что чувствительность дыхательного центра приспособляется к низкому артериальному давлению углекислоты на большой высоте, либо тем, что периферийные стимулы, вызываемые недостатком кислорода, продолжают на этой высоте играть для дыхания главную роль.

В первые дни пребывания на большой высоте, до того, как увеличится ритм дыхательных движений и произойдут другие компенсационные изменения в организме, ткани страдают от недостатка кислорода; влияние этого явления на мозг объясняет появление симптомов горной болезни – слабости, тошноты, рвоты, потери аппетита, бессонницы, головных болей. Другими изменениями организма, связанными с адаптацией, являются: а) усиление работы сердца во время отдыха. Однако было отмечено, что это явление после нескольких дней пребывания на высоте 4300 м. исчезает; тем не менее опыты, проведенные на животных, дают основание полагать, что оно продолжается выше 6000 м; б) нарушение щелочно-кислотного баланса крови, вызванное понижением парциального давления СО 2, компенсируется выделением мочи, имеющей щелочную реакцию; в) увеличение содержания миогемоглобина в мышцах. Миогемоглобином называется подобный гемоглобину кислород-несущий пигмент. Это явление было проверено лишь на животных. Опытов над человеком еще не производилось.

Все эти изменения направлены к тому, чтобы парциальное давление кислорода в тканях, от которого зависит химический процесс обмена веществ, удерживалось возможно более близким к его нормальной величине на уровне моря. Вероятно, в самих тканях происходят и другие, не известные нам изменения, позволяющие тканям нормально функционировать при уменьшенном кислородном давлении. Комбинированным действием всех этих изменений достигается замечательная степень компенсации, в результате которой на высоте, превышающей 6100—6400 м, человек может прекрасно себя чувствовать и с успехом выполнять не слишком тяжелую физическую работу. Однако полной компенсации не происходит; на большой высоте падают как максимальная скорость подъема альпиниста, так и число часов его работы в течение дня; так, на высоте 6400 м. эти показатели, даже для хорошо акклиматизировавшегося альпиниста, уменьшаются вдвое по сравнению с соответствующими данными на уровне моря. Выше 6400 м. наблюдается потеря в весе и истощение мышц, приводящие в конечном счете к падению работоспособности, к стремлению избегать физических усилий и к потере аппетита. У подопытных животных, содержащихся при давлении, соответствующем высоте 6100 м, отмечаются изменения, приводящие к перерождению печени и других органов; вероятно, подобные же изменения происходят и в человеческом организме. Таким образом, одновременно с некоторой компенсацией, помогающей альпинисту по мере его акклиматизации при подъеме на большие высоты быть работоспособным и чувствовать себя хорошо, имеют место также разрушительные изменения в организме, принуждающие в конце концов альпиниста к спуску.

 

Холод

 

На большой высоте одной из важнейших задач является защита организма от холода. К действию низкой температуры воздуха еще прибавляется значительное увеличение теплопотерь через легкие при нагревании и увлажнении вдыхаемого воздуха вследствие того, что ритм дыхательных движений как при отдыхе, так и во время работы резко возрастает. Предполагалось, что на верхних участках Эвереста альпинисты могут встретиться с температурами порядка —40°. Такое заключение было сделано на основании данных, полученных в 1933 г. метеостанциями в предгорьях Гималаев при помощи радиозондов: никаких сведений о температуре на самом Эвересте выше 7300 м. не имелось. Однако непосредственно перед появлением муссонов погода, по всей видимости, должна быть очень теплой, иначе предшествовавшие экспедиции при том снаряжении, которым они располагали, должны были бы страдать от холода значительно более, чем это имело место в действительности.

В 1952 г. во время экспедиции на Чо-Ойю проводились испытания различного вида снаряжений. Выяснилось, что можно с успехом использовать многие научно обоснованные усовершенствования предохраняющей от холода одежды, применявшейся союзными войсками во время и после второй мировой войны. Предполагалось, что защитная одежда предохранит альпиниста от холода до температуры —40°. Общий вес ее, включая обувь и рукавицы, равнялся всего 7,7 кг, в то время как соответствующее арктическое обмундирование, дающее одинаковую защиту, весило около 10,4 кг. Спальные мешки и надувные матрацы были спроектированы с таким расчетом, чтобы обеспечить в течение ночи максимальные удобства. Важное значение этого фактора подчеркивалось Нортоном еще в 1924 г. При планировании гималайской экспедиции необходимо принять все меры, чтобы уменьшить усталость и излишнее напряжение.

 

Потребность в жидкости

 

Очень важно знать, как велика потребность организма в жидкости на большой высоте. Если эта потребность не будет удовлетворена, организм вскоре вследствие недостатка воды будет испытывать еще большую усталость и слабость в дополнение к той усталости и слабости, которая происходит от действия высоты. По всей видимости, именно так и случилось со швейцарской экспедицией в мае 1952 г., когда участники ее во время пребывания на Южной седловине в течение трех дней потребляли жидкости менее чем по 0,6 л на человека в день.

Поскольку высоко в горах вода может быть получена исключительно из снега или льда, надлежащее снабжение ею зависит прежде всего от обеспечения подходящими продуктами и от достаточного количества горючего. Приблизительные подсчеты, основанные на количестве кружек супа, чая или лимонада, выпивавшихся ежедневно во время экспедиции 1952 г. на Чо-Ойю и экспедиции 1953 г. на Эвересте, показывают, что на человека приходилось 2,8—3,9 л жидкости в день. К этому следует добавить примерно 0,280 л воды, содержавшейся в пище.

При таком расходе жидкости моча выделялась в пределах нормы. Это показывает, что потребляемое количество жидкости соответствовало потребностям организма. По всей видимости, количество жидкости, потребляемое во время штурма, было также достаточным.

Увеличенная потребность организма в жидкости на большой высоте объясняется большими потерями воды из легких вследствие сухости воздуха, ускорения ритма и увеличения глубины дыхания. Большое значение может также иметь и потеря влаги в виде пота, особенно для альпинистов, поднимающихся по леднику в жаркое время дня. В Гималаях тепловое действие солнечного излучения весьма значительно: на Чо-Ойю, например, в мае 1952 г. на высоте 5800 м. температура на солнце была 69°.

Возник вопрос – оказывает ли влияние на ослабление организма уменьшение количества солей, наблюдающееся на большой высоте? Жителям жарких стран хорошо известно, что обильное и длительное выделение пота может вызвать состояние слабости и утомления вследствие недостатка соли в организме, если только потеря ее не компенсируется достаточным приемом соли в потребляемой пище. Потребление альпинистами на высоте большого количества жидкости вызывало предположение, не приводит ли обильное потовыделение к потере солей в организме. Однако возникновение такого состояния у альпинистов представляется маловероятным, так как увеличенное потребление жидкости объясняется не потовыделением, но скорее потерей влаги через легкие, а эта влага не содержит солей. Непосредственные измерения, произведенные в течение экспедиции 1953 г., показали, что через легкие теряется от 1,4 до 2 л жидкости в сутки. Это составляет примерно половину суточной нормы потребляемой жидкости и превосходит в 3—4 раза потерю влаги при дыхании на уровне моря в умеренном климате.

 

Кислород

 

Несмотря на то, что восхождения на Эверест дали много материалов для выяснения способности человека к акклиматизации на больших высотах, применение кислорода, которое обещает вызвать в высотном альпинизме революцию, было задержано на три десятка лет пустыми дискуссиями об этических соображениях и нежеланием воспользоваться опытом пионеров в этом деле. Оставляя в стороне вопрос, возможно ли успешное восхождение на вершину выше 8200 м. без кислорода, следует отметить, что, несомненно, кислород уменьшает опасности восхождения и намного увеличивает способность к субъективному восприятию окружающей обстановки, что является в конце концов одним из главных стимулов восхождения.

За исключением разведочной экспедиции 1921 г., кислородные аппараты использовались во всех экспедициях на Эверест. До швейцарской экспедиции 1952 г. единственные серьезные попытки применения кислорода делались Финчем и Брюсом в 1922 г., Меллори и Ирвином в 1924 г. и, наконец, Ллойдом в 1938 г. Финч пользовался аппаратом открытого типа весом 11,3 кг, с подачей 2,25 л кислорода в минуту. Он не расставался с аппаратом при подъеме от 6400 до 8230 м. и пользовался кислородом ночью перед штурмом, во время которого он достиг 8320 м. По словам Финча, применение кислорода принесло ощутительную пользу, и он свободнее поднимался, чем его носильщик. Опыт, произведенный в 1924 г. Оделлом, способствовал значительному укреплению существовавшего тогда у альпинистов предубеждения против кислорода. Поднимаясь с кислородом на высоту 6400—7000 м. и позднее – на высоту 7700—8230 м., он не ощутил существенной пользы от его применения. Нужно, однако, отметить, что подача при этом была всего лишь 1 л в минуту, и только на высоте 8250 м, в течение минуты или двух он увеличил ее до 2 л в минуту. В 1938 г. Ллойд и Варен пользовались аппаратами открытого типа весом 11,3 кг, с подачей 2,25 л в минуту. Ллойд поднимался с кислородом до 8230 м. и считал, что на нетрудных участках кислород ему приносил явную пользу, тогда как на технически сложных частях пути помощь, получаемая от кислорода, была, по его словам, менее значительна. Шиптон, однако, убедился в том, что показания Ллойда ненамного отличаются от показаний его товарища Тильмана. Был также испытан и аппарат закрытого типа, но от него пришлось отказаться из-за ощущения удушья, появившегося после кратковременного применения. Выводы, сделанные на основе всего опыта применения кислорода до 1952 г., сводились к тому, что если кислород и дает некоторое ощущение субъективной пользы, то дополнительный вес аппаратуры сводит на нет возможные преимущества кислородного питания.

Во время экспедиции 1952 г. на Чо-Ойю при подъеме на вершину Менлунг-Ла (6100 м) были проведены испытания кислородной аппаратуры. Результаты этих испытаний и легли в основу проектов кислородного оборудования для экспедиции на Эверест 1953 г. Эти результаты могут быть сформулированы так:

1. Чем больше количество потребляемого кислорода, тем больше ощущаемая от него субъективная польза.

2. Вес аппаратуры в значительной мере компенсируется увеличением физических возможностей альпиниста.

3. Подача 4 л в минуту является минимальной для получения удовлетворительных результатов.

4. При кислородном питании наблюдается значительное сокращение ритма дыхательных движений.

5. Отмечается значительное уменьшение чувства усталости и тяжести в ногах во время движения. На этом основании можно предположить, что выносливость альпиниста должна возрасти, хотя в то время специальных испытаний по данному вопросу не производилось.

Во время испытаний на Чо-Ойю в ведении Бурдиллона находилась вся кислородная аппаратура, и он сам также подвергался испытаниям. Возвратившись в Англию, он был твердо убежден, что проблема кислорода решена в пользу аппарата закрытого типа, позволяющего восходителю дышать чистым кислородом.

Однако Высотный комитет Научно-исследовательского совета по вопросам медицины под председательством сэра Брайэна Метьюза, который должен был консультировать экспедицию по всем вопросам, связанным с кислородной аппаратурой, вынес заключение, что предпочтение должно быть отдано аппаратам открытого типа как более удовлетворяющим физиологическим потребностям организма и более простым и надежным в эксплуатации. Применение аппаратов закрытого типа считалось желательным не только потому, что они подают кислород под нормальным атмосферным давлением, но также из-за сокращения потери тепла и влаги через легкие. Однако нельзя было рассчитывать, что за имевшийся короткий срок удастся создать надежную конструкцию такого аппарата. Тем не менее Научно-исследовательский совет по вопросам медицины рекомендовал заняться разработкой такой конструкции для экспериментальных целей. Характеристика и описание аппаратуры, взятой в 1953 г. на Эверест, а также условия ее эксплуатации уже приведены в приложении II.

Физиологический эффект дополнительного кислородного питания не только полностью оправдал ожидания, основанные на опыте экспедиции 1952 г., но даже превзошел их. Несколько возросла скорость подъема на большой высоте, однако основное влияние кислорода сказалось в увеличении работы, могущей быть выполненной в течение дня без большого утомления. Применение кислорода во время сна восстанавливало силы и значительно уменьшало высотное истощение организма. Самочувствие восходителей резко улучшалось, и они стали способны к восприятию окружающей природы; восхождение стало удовольствием. Во время своего завершающего подъема выше Южного пика Хиллари был в состоянии производить арифметические вычисления и точно рассчитать необходимую подачу кислорода, чтобы запасы последнего не кончились преждевременно. На вершине он снял маску и в течение десяти минут оставался без кислорода, фотографируя окружающую местность. Тем самым он доказал, что человек, лишившийся на высоте 8840 м. дополнительного кислородного питания, вовсе не теряет немедленно сознания. Возможность такого случая всегда являлась источником тревоги, хотя опыт Финча и Ллойда уже показал, что эта возможность не так уж велика. Следует также отметить, что хорошее самочувствие, вызываемое кислородным питанием, продолжается еще около часа после того, как доступ кислорода прекращается.