Только гипоксия или и гипокапния?

Вместе с воздухом человек вдыхает кислород. Но для того чтобы донести его до каждой клетки организма, необходимо, чтобы хорошо работали сердечно-сосудистая система, клетки крови и система кроветворения. Если же какое-либо из звеньев этой цепи действует недостаточно четко и быстро или выключилось совсем, ткани начинают недополучать кислород и голодать — наступает, как уже говорилось, гипоксия. При этом ткани перестают правильно функционировать, свидетельством чего являются тяжелые симптомы горной болезни, от которой может наступить смерть, так как самым уязвимым местом при кислородном голодании является мозг. Он несет наибольшую нагрузку, регулируя работу всех остальных физиологических систем организма, и потребляет

при этом 25% получаемого клетками тела  кислорода. Острый недостаток его приводит, в частности, к психическим нарушениям, например, к потере чувства опасности и реальной оценки обста­новки. Эти болезненные явления вместе с понижением функции зрения и исчезновением болевых ощущений были причиной гибели многих замечательных летчиков, которые под действием гипоксии поднимались на такие высоты, на которых условия окружающей среды непереносимы для человека.

Сильнейшим приступам кислородного голодания подвергаются летчики и космонавты не потому, что им приходится дышать в разреженной атмосфере (им в этом помогают дыхательные аппа­раты) . Гипоксия возникает у них при чрезвычайно больших перегрузках (доходящих иногда до двадцатикратных), связанных с огромными ускорениями при движении самолетов и космических кораблей.

Как же организм приспосабливается к своеобразным условиям обитания в горах и на большой высоте?

Многочисленные научные исследования наших советских ученых Н. А. Агаджаняна, А. Д. Бернштейна, М. Е. Маршала, М. М. Миррахимова, В. В. Ларина и других в горах Кавказа, Заилийского Алатау, Тянь-Шаня, Памира, а также иностранных физиологов, работавших в Альпах и Андах, объяснили многие вопросы в этой достаточно сложной области, хотя некоторые из них еще ждут своего окончательного решения.

Выяснено, что, попадая в необычные горные условия и стремясь защититься от гипоксии, организм пускает в ход имеющиеся резервы, перестраивая все привычные ритмы тела, чтобы при малом количестве кислорода в воздухе захватить его как можно больше и донести до клеток всех тканей и органов. Это достигается усиленным дыханием и сердцебиением, при которых увеличивается вентиляция легких и скорость кровотока, а также возрастает кроветворение. По мнению некоторых ученых, селезенка, служащая кладовой, в которой сохраняются запасы крови, в условиях гор усиливает ее отдачу в систему кровообращения.

Стимулируются и системы, участвующие в транспортировке крови к клеткам и от них к сердцу и легким, расширяется сеть капилляров, по которым течет кровь, усиливается деятельность надпочечников. Напряженнее работают и клетки всего организма, обладающие огромными резервными «мощностями» по увеличению захвата кислорода и его утилизации.

При этих процессах в крови возрастает количество эритроцитов (красных кровяных телец) — этих мельчайших двояковогнутых дисков. Такая форма позволяет им иметь предельно большую для их размеров поверхность, так что в сумме для одного организма она составляет 3 га. В эритроцитах содержится носитель кислорода — гемоглобин. Этот пигмент недаром заслужил название «чудесного соединения» и «самого интересного вещества в мире».

Дело в том, что кровь транспортирует некоторую меньшую часть кислорода в виде раствора и большую в виде химического соединения за счет гемоглобина. Он обладает способностью присоединять кислород, отбирая его там, где его много, и отдавая туда, где его мало. Причем происходит это легко и быстро. Эритроциты «загружаются» кислородом в капиллярах легких и «раз­гружаются» в капиллярах тканей.

Некоторые ученые (например, М. М. Миррахимов) считают, что в горах активнее, чем на равнине, в тканях протекают анаэробные процессы, т. е. такие, которые идут без затраты кислорода. Однако этого взгляда придерживаются далеко не все.

После первой болезненной реакции организма на всю совокупность горных условий (в которых последнее время все большую роль начинают отводить ионизации воздуха) — после сердцебиения и одышки — огромными усилиями организма нехватка кислорода восполняется, и вся сложная и слаженная система, именуемая человеческим телом, снова может перейти к более экономной работе. Она уже приспособилась, адаптировалась к новым условиям окружающей среды и может снова действовать, не теряя активности и трудоспособности. Важно то, что при этом процессе повышается общая устойчивость организма не только к горным, но и к любым неблагоприятным условиям. Этот факт является весьма важным для тренировки, закаливания всех систем организма, а следовательно, и для лечения людей в горных условиях. Это имеет значение и при решении важного вопроса века космонавтики, как добиться приспособления человека к самым неблагоприятным условиям среды.

Многие ученые у нас и за границей исследовали процессы, протекающие в организме людей, родившихся и все время живущих в горах, и сравнивали их с теми, которые наблюдали у тренированных и нетренированных пришельцев на эти высоты.

Данные таких работ представляют большой практический и научный интерес.

Вспомним еще раз тех, кто в 1953 г. штурмовал Джомолунгму. Отряд состоял из жителей высокогорий Непала (шерпов) и европейцев. Основную работу по переброске снаряжения и продуктов выполняли шерпы. Носильщики шли с ношей, по 15 кг каждый, без кислородных приборов, которыми пользовались англичане, и меньше, чем последние, страдали бессонницей, потерей аппетита и головокружениями. В своих воспоминаниях об этом походе Тенцинг Норгей отдает должное изумительной выносливости своих соотечественников, которая в значительной мере помогла победить эту высочайшую вершину мира.

При работе в высокогорной экспедиции на ледниках Терскей-Алатау, южнее озера Иссык-Куль, мне довелось убедиться, как рабочие и наблюдатели из высокогорных сел этого района с легкостью, без одышки и усилий, быстрым шагом взбирались по ледяному полю на высоте 3500—4000 м, в то время как географы и геофизики, прибывшие с равнин Европейской части Союза, задыхаясь и пыхтя, медленно тащились сзади, чувствуя себя разбитыми и обессиленными, и только спустя несколько дней их работоспособность увеличилась, хотя оставалась меньшей, чем у местных жителей. Медики это объясняют тем, что у местных жителей (аборигенов) увеличены жизненная емкость легких (например, у перуанцев — бочкообразная грудная клетка), больше количество эритроцитов и гемоглобина в крови, отчего их ткани могут функционировать нормально и находиться в здоровом состоянии при получении меньших доз кислорода, которые являются недо­статочными для людей, привыкших жить на равнине.

Данные, полученные учеными, свидетельствуют еще о том, что у индейцев, живущих в высокогорье Перу, где давление кислорода уменьшено на 44%, общая вентиляция легких только на 22% выше, чем у жителей равнин, и что там, на высотах порядка 4500 м, объем крови у аборигенов на 1,74 литра больше, чем у жителей Лимы, расположенной на уровне моря.

Много наблюдений и опытов с животными в горах и в барокамере, где создавалось нужное пониженное давление, провели наши ученые, которые, как Хуардо и Кларк, пришли к выводу, что при длительной акклиматизации, по-видимому, имеется еще «тканевая форма» приспособления к климатическим условиям гор, когда организм может обходиться малыми дозами кислорода.

Это более экономичная форма адаптации к горным условиям, чем та, которая характерна для пришельцев. Предполагается, что при этом несколько снижается функция щитовидной железы. Однако в процессе акклиматизации остается еще много неясного.

В решении вопросов о приспособлении организма к своеобразным условиям горного климата многие исследователи несколько увлекались влиянием гипоксии и приписывали ей в этом процессе главную роль.

А между тем разница в характере кислородной недостаточности при возникновении ее на больших высотах и на равнине при усиленной мышечной работе наводит на мысль, что не одна она служит причиной возникновения горной болезни. Поиски других «виновников» этого недуга привели к выявлению большого значения углекислоты в протекании физиологических процессов и понимании того, что одышка, удушье и дурнота в горах связаны именно с ее недостатком, так называемой гипокапнией. Почему же возникает недостаток углекислоты в горах?

При усилении дыхания, которое бывает на больших высотах, углекислота «вымывается» из легких и содержание ее в крови падает. Образование ее в тканях в этих условиях тоже понижено. А между тем от количества углекислоты в крови зависит снабжение тканей кислородом, так как она является регулятором окислительных процессов, происходящих в организме.

При гипокапнии падает артериальное давление, замедляется кровообращение, сужаются сосуды мозга, ухудшается его питание. Это и вызывает некоторые симптомы, свойственные горной болезни.

Совсем иначе все происходит на равнине: при усиленной мышечной работе, например при езде на велосипеде, когда мышцы ног, совершая быстрые движения, крутят педали, температура мышц повышается, что усиливает выделение углекислоты в их тканях в 5—8 раз. Она, как и некоторые другие кислотные продукты, попадает в кровь и способствует усиленному отщеплению кислорода от гемоглобина. А это в свою очередь ведет к тому, что увеличивается поступление кислорода в ткани, т. е. улучшается их питание.

Известно, что углекислота переносится как плазмой крови, так и эритроцитами, где она находится в растворенном виде, и главное, в виде бикарбонатов (NaHCO3 и КНСО3), гидрата (Н2СО3) и в форме, связанной с гемоглобином. Он прямо или косвенно участвует в переносе основных количеств (более 80%) всей углекислоты, транспортируемой кровью. Плазма крови является как бы «кладовой» бикарбонатов, а в эритроцитах они образуются.

У взрослого человека на равнине в условиях покоя в тканях вырабатывается и поступает в кровь в 1 час огромное количество углекислоты — около 12 литров (объем, равный ведру воды), а при усиленной работе — еще в несколько раз больше.

Углекислый газ является важнейшим стимулятором для дыхательного центра: повышение его количества в артериальной крови приводит к усилению дыхания.

Имея в виду важность снабжения организма в достаточном количестве как кислородом, так и углекислым газом, по-видимому, правильнее всего рассматривать их действие в совокупности, так как оба они жизненно необходимы для бесперебойной работы органов и систем человеческого тела. Следовательно, акклиматизацию к горным условиям следует рассматривать как приспособление не только к гипоксии, но и к гипокапнии. Как показали обследования коренных жителей Тибета, Анд, Кавказа, проводящих всю жизнь на больших высотах, уровень углекислоты в крови и тканях у них несколько понижен по сравнению с тем, который наблюдается у тех, кто привык всю жизнь находиться на равнине.

Нельзя забывать, что значение углекислоты не ограничивается влиянием на возбудимость дыхательного центра. От ее количества в организме зависит и его кислотно-щелочной баланс.

В горах, при усиленной легочной вентиляции, организм обедняется углекислотой в сутки на 1—2 кг. Следовательно, понижается и ее количество в крови в растворенном виде и в виде бикарбонатов. Это, естественно, приводит к сдвигу реакции циркулирующих в организме жидкостей в щелочную сторону. Почкам приходится удалять избыток щелочей. При этом резервы щелочей в теле уменьшаются. Это позволяет на больших высотах усиливать дыхание при недостатке углекислоты и поддерживать кислотно-щелочной баланс на нужном уровне. Но в этом процессе таится и своя опасность, которая заключается в понижении способности крови связывать кислоты, образующиеся при усилеиной мышечной работе. Вот и возникают одышка и удушье у альпинистов при подъеме и у спортсменов при выполнении требующих физического напряжения упражнений, что учитывалось перед XIX Олимпийскими играми в октябре 1968 г. в Мехико, высота которого равна 2300 м над уровнем моря. Отобранные для участия в этих состязаниях спортсмены проходили акклиматизацию на соответствующей высоте и проводили на ней тренировки.

Интересно, что медикам удалось использовать на благо человека те кислотно-щелочные сдвиги, которые происходят в организме при подъеме в горы. Оказалось, что изменение обмена в сторону щелочности способствует улучшению деятельности почек. Так что в этих условиях без применения лекарств организм сам себя лечит.