Физиологические и патофизиологические аспекты краткосрочной адаптации человека к условиям среднегорья

Введение

Адаптация организма человека к пребыванию в горной местности — сложный физиологический процесс, который зависит от многих факторов [1][2]. В некоторых этнических группах, исторически проживающих в горных условиях (например, коренное население Тибета), адаптационные процессы имеют эволюционно-генетический характер [3]. В частности, геномные исследования среди представителей данной этнической группы выявили специфичные гаплотипы генов EGLN1, PPARA и EPAS1, участвующих в регуляции эритропоэза [4][5]. В случаях, когда длительность пребывания этноса в высокогорье недостаточна для эволюции механизмов адаптации на геномном уровне (например, коренное население Анд), активируются процессы долгосрочной адаптации, сходные с таковыми у лиц, недавно поселившихся в высокогорье [1][6][7]. Необходимо отметить, что сходные процессы эволюционной адаптации наблюдаются и у коренных народов, населяющих среднегорья, пример, Алтая и Кыргызстана [8-10]. При краткосрочном пребывании человека в горной местности нагрузка на физиологические процессы в организме более выражена [11], зачастую приводя к срыву адаптации в высокогорьях [12]. Физиология и патофизиология процессов в организме в условиях высокогорья достаточно подробно описана [2][13-18]. Острая горная болезнь, как разновидность высотной болезни, является довольно изученным вопросом современной медицины. Разработано множество практических рекомендаций по допуску и подготовке начинающих альпинистов, альпинистов-профессионалов к экстремальным восхождениям, а также протоколов профилактики развития и лечения патологических состояний, вызванных высокогорной гипоксией и низким атмосферным давлением, у обычных туристов и отдельных категорий служащих [17-26]. Важно учитывать зависимость степени гипоксии у туристов не только от высоты над уровнем моря, но и от географической зоны посещаемой горной местности. В частности, известно, что у многих неподготовленных людей симптомы острой горной болезни в горах Камчатки возникают уже на высоте 1500 м над уровнем моря, на Кавказе — 3000-3500 м, а на Памире — 4500 м [27].

В отличие от острой горной болезни, развивающейся в большинстве случаев при восхождении на ≥3000 м над уровнем моря, физиологические аспекты адаптации человека к подъему в предгорья и на средние высоты (до 2000-2500 м) остаются малоизученным вопросом. Однако именно эти высоты являются самыми посещаемыми обычными туристами как в организованных группах, так и индивидуально. Особенно вышеуказанная проблема актуальна применительно к туристам среднего и пожилого возраста. При этом отсутствуют какие-либо систематизированные данные и рекомендации по посещению предгорья и среднегорья людьми, проживающими на равнинах, возможным ограничениям и рискам, ассоциированным с их состоянием здоровья. Конечно, необходимо отметить наличие ограниченного количества публикаций с рекомендациями по методам коррекции нежелательных влияний на состояние здоровья в условиях среднегорья у отдельных категорий лиц (в частности, военнослужащих) [28], однако это не снижает актуальности проблемы в целом.

Поэтому целью данного обзора является систематизация современных публикаций на тему особенностей адаптации организма практически здорового человека в условиях средних высот (предгорий и среднегорья), а также влияние пребывания в условиях средних высот на лиц с различными хроническими заболеваниями.

Материал и методы

Проведен поиск литературных источников и анализ публикаций в базах данных PubMed, Medline, Scopus, Web of Science и E-Library с использованием следующих ключевых слов и их комбинаций: “среднегорье”, “предгорья”, “горная болезнь”, “горный туризм”, “хронические неинфекционные заболевания”, “адаптация”, “акклиматизация”. Глубина поиска составила >25 лет, начиная с 1996г. Дополнительно в обзор включены отдельные архивные публикации (ранее 1996г), имеющие принципиальную научную значимость.

Результаты

Известно, что увеличение высоты над уровнем моря приводит к снижению парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и артериальной крови, а также уровня сатурации крови [16][29]. При этом даже при подъеме на высоту 2000 м сатурация крови у здоровых лиц снижается, в среднем, до 96%, а при занятиях физическими упражнениями — до 89%, что значимо ниже, чем на уровне моря (~99%) [30]. Дальнейший подъем до 2800 м снижает сатурацию крови, в среднем, до 91% [31]. Следствием этого является гипоксия, которая компенсируется за счет различных краткои долгосрочных адаптационных процессов. Люди значительно различаются по своей способности к акклиматизации, что обусловлено определенными генетическими факторами, включая факторы, индуцируемые гипоксией. В норме здоровые люди адаптируются достаточно быстро и без существенного ухудшения общего самочувствия [32], однако у некоторых временно возникают симптомы острой горной болезни различной степени выраженности, а небольшой доле лиц не удается полностью акклиматизироваться даже в течение нескольких недель.

В рамках краткосрочной адаптации к окружающим условиям гипоксии со стороны дыхательной системы следует отметить учащение и углубление дыхания [33]. Вследствие этого происходит интенсификация легочного кровообращения с повышением перфузионного давления в легких, а также повышение проницаемости альвеолярно-капиллярных мембран легких. Данный процесс стимулируется каротидными рецепторными зонами посредством передачи сигнала дыхательному центру продолговатого мозга в ответ на снижение парциального давления кислорода в артериальной крови [34-36]. Гипокапния на фоне гипервентиляции легких вызывает алкалоз крови, который оказывает подавляющий эффект на дыхательный центр и ограничивает дальнейшее увеличение вентиляции [37]. Однако для компенсации алкалоза в течение 1-2 сут. после подъема на высоту почки выделяют бикарбонат, снижая рН крови до нормы и обусловливая устранение тормозящего эффекта алкалоза на дыхательный центр с последующим усилением вентиляции легких. По мере устранения тормозящего эффекта алкалоза, вентиляция легких увеличивается. Медленно возрастая, вентиляция достигает максимума только через 4-7 сут. пребывания на одной и той же высоте. Концентрация бикарбоната в плазме крови продолжает снижаться, а вентиляция — увеличиваться с каждым последующим повышением высоты над уровнем моря. Для людей с более низкой сатурацией крови на высоте характерны более высокие значения уровня бикарбоната в сыворотке крови. Вопросы о возможности почек ограничивать способность человека к акклиматизации или о том, что наблюдаемый эффект связан только с недостаточностью дыхательной функции, остаются неясными [38].

Говоря об адаптационных механизмах со стороны крови — основного транспортного носителя кислорода к периферическим тканям, следует упомянуть о мобилизации эритроцитов из депо (селезенки) [39].

Адаптационные реакции со стороны сердечно-сосудистой системы при подъеме здорового взрослого человека в гору заключаются в повышении симпатической активности вегетативной нервной системы в ответ на генерализованную гипоксию с последующим умеренным увеличением артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС), минутного объема крови и венозного тонуса. При этом ударный объем сердца снижается из-за уменьшения объема плазмы, снижающегося, в среднем, на 12% в течение первых суток в результате бикарбонатного диуреза, перемещения жидкости из внутрисосудистого пространства и подавления секреции альдостерона [40][41]. В состоянии покоя ЧСС возвращается к значениям, близким к таковым на уровне моря, после акклиматизации, за исключением экстремально больших высот. Уровень же максимальной частоты ритма сердца при нагрузке лимитируется снижением сатурации крови. На персональном уровне срыва возможностей к акклиматизации максимальная ЧСС и ее уровень в покое сближаются, что, однако, наблюдается обычно только в высокогорье. Важно отметить, что механизмы саморегуляции мозгового кровотока способны обеспечить достаточный уровень метаболизма тканей мозга в условиях умеренной гипоксии, при условии адекватной функции дыхания и системного кровотока [42-44]. Наблюдаемые при адаптации к условиям среднегорья функциональные изменения мозгового кровотока, по данным ряда авторов, проявляются в виде левополушарного доминирования с десинхронизацией связей мозгового кровотока с нейрональной активностью коры головного мозга, однако впоследствии межполушарная симметрия и нейро-гемодинамические связи практически восстанавливаются [45].

Подчеркивается индивидуальность “стратегии адаптации” у каждого человека к условиям среднегорья, что ранее было показано на примере молодых спортсменов [39][46-48]. Показано, что способность организма к эффективной краткосрочной высотной адаптации — акклиматизации напрямую зависит от его исходной тренированности и пола (в частности, женщины-спортсменки характеризуются большей устойчивостью обменных процессов и лучшей переносимостью физических нагрузок в условиях адаптации к среднегорью) [49]. При этом акклиматизацию к среднегорью можно облегчить путем различных программ тренировок (например, дыхательная гимнастика, гипоксическая тренировка, физические нагрузки и др.), что активно используется в спортивной медицине [49-56].

Обсуждая долгосрочную адаптацию системы кровообращения к горной гипоксии, можно упомянуть об исследовании, в котором было установлено, что снижение АД во время тилт-теста у лиц с хронической горной болезнью значимо менее выражено, чем у лиц, проживающих на уровне моря [57]. Авторы связывают данные результаты с вазоконстрикторными адаптационными реакциями, а также с большим объемом внутриклеточного депо жидкости у лиц, пребывающих на средних высотах.

Одним из первых негативных эффектов, сопутствующих подъему здорового человека в гору на подъемнике, является появление электрической гетерогенности миокарда, проявляющейся в виде гиперстимуляции β-адренорецепторов и повышением эктопической активности миокарда. Показана [58] прямая зависимость между высотой (898-1764-2632 м над уровнем моря), на которую поднимается здоровый человек, и количеством желудочковых экстрасистол: на высоте 1764 м их количество за 10 мин обследования увеличивается в 4 раза по сравнению с исходным уровнем 898 метров, на высоте 2632 м — в 7 раз, со снижением до прежних значений при спуске на подъемнике обратно. При этом наджелудочковая эктопическая активность в процессе подъема-спуска на высоту значимо не изменяется.

В другом, более расширенном исследовании, изучалось суточное число желудочковых и наджелудочковых экстрасистол у здоровых лиц старшего возраста, измеренное на разных высотах с помощью Холтеровского мониторирования электрокардиограммы. Было выявлено, что на высоте 200 м над уровнем моря наджелудочковые экстрасистолы встречались гораздо чаще желудочковых, но на высоте 1350 м их количество становилось сопоставимым за счет усиления желудочковой эктопической активности [59]. У здоровых лиц при нахождении на средних высотах именно желудочковая эктопия может быть объяснена наблюдающимся значимым увеличением электрокардиографических параметров, характеризующих реполяризацию левого желудочка (интервал Tp-e, отношение Tp-e/QT и QTc) [60].

В целом, акклиматизация к среднегорью у пациентов с ССЗ сопровождается возрастанием симпатического ответа на умеренную физическую нагрузку, в отличие от здоровых лиц, у которых симпатическая реактивность снижается [66].

Патология органов дыхания встречается в популяции реже ССЗ, но вносит не менее значимый вклад в здоровье человека и популяции в целом. В связи с этим крайне важно разобраться, насколько пребывание на средних высотах в условиях гипоксии пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) и бронхиальной астмой является безопасным и полезным для здоровья. Может показаться очевидным, что пребывание лиц с патологией респираторной системы сопровождается ухудшением дыхательной функции.

Генерализованный вазоспазм, в т.ч. сосудов малого круга кровообращения, в ответ на гипоксию приводит к повышению систолического давления в легочной артерии и диастолической дисфункции правого желудочка за счет повышения его постнагрузки [67]. Данные изменения могут спровоцировать уменьшение давления в левых отделах сердца и привести к снижению адаптационных возможностей левого желудочка (в частности, ударного объема), что носит наиболее выраженный характер у лиц с ССЗ и бронхолегочными заболеваниями, приводя к ухудшению переносимости физических нагрузок и ухудшению общего самочувствия.

Учитывая наличие у пациентов с ХОБЛ автономной дисрегуляции АД за счет гипоксии, а также повышение сердечно-сосудистого риска за счет наличия на этом фоне выраженных колебаний АД, проведено исследование [68], в котором оценивалось кратковременное (до 3 сут.) изменение уровня АД у данных пациентов при нахождении на высоте 2590 м над уровнем моря. Было показано, что утренние цифры систолического АД увеличились, в среднем, на 10,8 мм рт.ст., а диастолического — на 5,0 мм рт.ст. Клинически значимое повышение уровня АД у пациентов с ХОБЛ свидетельствует о тесной связи обострения данного заболевания с ухудшением течения ССЗ у мультиморбидных пациентов в условиях среднегорья.

С целью оценки толерантности к физической нагрузке у пациентов с ХОБЛ (GOLD 2-3) в условиях средних высот проводили оценку дистанции при тесте с 6-минутной ходьбой, а также сатурацию крови во время проведения велоэргометрии на высотах 490-1650-2590 м над уровнем моря [69]. Параметры оценивали на первый и второй день пребывания на высоте 2590 м с последующим контролем на высоте 2590 м и возвращением к исходной точке 490 м. Результаты данного исследования показывают снижение толерантности к физическим нагрузкам при подъеме на высоту 2590 м (дистанция теста с 6-минутной ходьбой снизилась, в среднем, на 41 м, а сатурация — на 7%. Некоторым участникам потребовалась кислородотерапия в связи с резким ухудшением самочувствия в виде появления симптомов острой горной болезни, диспноэ и в последующем гипоксемии. Таким образом, при планировании отдыха в горах (а с учетом вышеописанного, даже в предгорье и среднегорье), пациенты с ХОБЛ должны быть проконсультированы врачом-пульмонологом о возможных рисках с составлением плана коррекции терапии в условиях горной гипоксии. Лечащий врач должен оценить эффективность базисной терапии, а также наличие коморбидных заболеваний, способных оказать влияние на дыхательную функцию (например, ожирение) [70]. Пациенты обязательно должны иметь при себе препараты для неотложной помощи, а также пикфлоуметр для оценки возможного ухудшения легочной функции при подъеме на высоту. Пациентам с наличием факторов риска тромбоэмболии легочной артерии показано продолжение антикоагулянтной терапии, если она уже была назначена, а также обязательная профилактика дегидратации в виде достаточного питья [70].

Интересным является выявленный факт того, что независимо от возраста, пола и максимальной достигнутой высоты, курящие участники сталкиваются с развитием острой горной болезни гораздо реже тех, кто не курит [71]. Данный феномен связывают со сниженной продукцией эндотелием оксида азота у курильщиков, играющего важную роль в развитии острой горной болезни у неподготовленных лиц при резком подъеме на высоту без предварительной акклиматизации путем резкой вазодилатации в малом круге кровообращения с развитием отека легких.

Необходимо отметить и значение хронической болезни почек, встречающейся в популяции у 1011% населения, для формирования персональных рисков у туристов при подъеме на средние высоты. К сожалению, очень мало сведений существует об ухудшении фильтрационной способности почек в условиях средних высот, однако гипоксемия с падением парциального давления кислорода крови в корковом и мозговом веществах почек крыс однозначно является фактором для прогрессирования предсуществующей патологии почек за счет толчка к прогрессированию гломерулосклероза, повреждению стенок артериол и капилляров [72]. Также показано, что сочетание хронической болезни почек и сахарного диабета 2 типа значимо ухудшает фильтрационную функцию почек при длительном проживании на высоте ≥1700 м: повышался уровень протеинурии и креатинина плазмы крови, снижалась скорость клубочковой фильтрации. Однако неясно, насколько длительным должно быть действие гипоксемии для развития данных осложнений.

Заключение

Подводя итоги выполненного обзора научной литературы, можно отметить, что триггерное влияние изменения парциального давления кислорода в воздухе при краткосрочном посещении даже среднегорья запускает различные физиологические процессы адаптации (в частности, симпатическую активацию с модуляцией биомеханики вентиляции легких, легочного кровообращения, проницаемости альвеолярно-капиллярных мембран легких и мобилизации депонированных эритроцитов), в случае срыва которых запускается патофизиологический каскад реакций, приводящий к эктопической активности миокарда, системной гипертензии, ночному апноэ-гипопноэ и другим негативным эффектам. При этом краткосрочные адаптационные возможности организма непосредственно зависят от половозрастных и конституциональных особенностей, наличия хронических заболеваний. Некоторые исследователи констатируют повышение риска развития осложнений со стороны различных органов и систем у пациентов с хроническими заболеваниями даже при краткосрочном пребывании в условиях среднегорья.

Определенная фрагментарность современных представлений о физиологии адаптации человека к условиям среднегорья и патогенетических аспектах вероятных нежелательных эффектов определяет важность повышения внимания медицинской общественности к проблеме здоровьесбережения туристов (особенно при наличии хронических заболеваний), выбирающих отдых в горной местности, даже на уровне предгорий и среднегорья, организации дополнительных исследований и разработки клинических рекомендаций.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.