Высотная болезнь. Насыщение кислородом на различных высотах
По мере того как люди поднимаются все выше во время горных восхождении, в самолетах и космических кораблях, все более важным становится понимание влияния на человеческий организм высоты и сниженного давления газовой среды (так же, как и некоторых других факторов — ускорений, невесомости и др.).
а) Физиологические эффекты сниженного парциального давления кислорода в газовой среде. Барометрическое давление на различных высотах. В таблице выше даны приблизительные значения барометрического давления и парциального давления кислорода на различных высотах. Видно, что на уровне моря барометрическое давление составляет 760 мм рт. ст., на высоте 3048 м — только 523, а на высоте 15240 м — 87 мм рт. ст. Это снижение барометрического давления является основной причиной всех проблем высотной физиологии, связанных с гипоксией, поскольку по мере его падения парциальное давление кислорода в атмосфере пропорцнональ но снижается, оставаясь все время немного ниже 21% общего барометрического давления. Так, на уровне моря Рог составляет 159 мм рт. ст., тогда как на высоте 15240 м — лишь 18 мм рт. ст.
б) Альвеолярное PO2 при подъеме на различные высоты. Двуокись углерода и водяной пар уменьшают напряжение кислорода в альвеолярном газе. Даже на больших высотах двуокись углерода непрерывно выделяется из крови в альвеолы. Кроме того, с дыхательных поверхностей выдыхаемый воздух испаряется вода. Эти два газа разбавляют кислород в альвеолах, уменьшая его концентрацию. Независимо от высоты при условии нормальной температуры тела давление водяных паров в альвеолах равно 47 мм рт. ст.
Альвеолярное давление углекислого газа (PCO2) во время пребывания на очень больших высотах снижается (по сравнению с 40 мм рт. ст. на уровне моря) до более низких значений. У акклиматизированного человека, вентиляция легких которого возрастает примерно в 5 раз, PCO2 в связи с усиленным дыханием снижается до значений, близких к 7 мм рт. ст.
Теперь рассмотрим, как парциальное давление этих двух газов влияет на альвеолярный кислород. Предположим, что барометрическое давление падает от 760 мм рт. ст. (нормального значения на уровне моря) до 253 мм рт. ст. (как на вершине Эвереста, высота которого — 8847,73 м). При этом 47 мм рт. ст. приходится на водяные пары, а на все другие газы остается всего 206 мм рт. ст. У акклиматизированного человека 7 мм рт. ст. из 206 мм рт. ст. приходится на долю CO2 и, следовательно, остается лишь 199 мм рт. ст.
Если бы организм не потреблял кислород, он составлял бы 1/5 из этих 199 мм рт. ст. и, таким образом, парциальное давление кислорода в альвеолах было бы 40 мм рт. ст. Однако некоторое количество этого кислорода постоянно поступает в кровь, оставляя в альвеолярном газе примерно 35 мм рт. ст. кислорода. На вершине Эвереста только самые устойчивые к гипоксии из акклиматизированных людей с трудом могут выжить при дыхании атмосферным воздухом. Но при дыхании чистым кислородом эффект совершенно иной, как мы увидим далее.
в) Альвеолярное PO2 на различных высотах. Пятая колонка таблицы выше показывает приблизительные значения PO2 в альвеолах на различных высотах при дыхании воздухом для неакклиматизированного и акклиматизированного человека. На уровне моря альвеолярное PO2 составляет 104 мм рт. ст., на высоте 6096 м у неакклиматизированного человека оно падает приблизительно до 40 мм рт. ст., а у акклиматизированного — лишь до 53 мм рт. ст. Такая разница объясняется тем, что у акклиматизированного человека альвеолярная вентиляция возрастает в гораздо большей степени, чем у неакклиматизированного, что мы обсудим далее.
Влияние большой высоты на насыщение артериальной крови кислородом при дыхании воздухом и дыхании чистым кислородом
г) Насыщение гемоглобина кислородом на разных высотах. На рисунке выше показано насыщение артериальной крови кислородом на разных высотах при дыхании воздухом и чистым кислородом. До высоты 3048 м насыщение артериальной крови кислородом остается на уровне не менее 90% даже при дыхании воздухом. Выше 3048 м кислородное насыщение артериальной крови, как демонстрирует голубая кривая на рисунке, быстро падает до значений чуть ниже 70% на высоте 6096 м и до значительно меньших значений на еще больших высотах.
