高所順応と低酸素症

高所では気圧が低下するため、吸入空気中の酸素の分画濃度は変化しないものの、酸素分圧は減少します。この低圧性低酸素症は動脈血酸素含有量を低下させ、酸素供給に依存するあらゆるシステムに負荷をかけます。順応とは、継続的な曝露中に酸素供給と運動耐容能を部分的に回復させる、時間依存性の生理学的調節の集合体です。

Definition

高所順応とは、高所の低圧性低酸素症に対する漸進的な生理学的調節であり、換気量の増加、心血管機能の変化、造血および組織適応を含み、数時間から数週間にわたって酸素利用能の低下を部分的に補償するものです。

Scope

本項目では、低圧性低酸素症の生理学的影響、順応の経時的変化（換気、心血管、血液学的）、高所における有酸素運動能力の限界、および順応不全としての急性高山病のスペクトラムについて扱います。高所を運動生理学における環境ストレス因子として扱い、臨床管理の指示は提供しません。

Core questions

• 低圧性低酸素症はどのように酸素利用能を低下させ、有酸素運動を制限するのでしょうか？
• 換気、心血管、血液学的順応の経時的変化はどのようなものですか？
• 順応後も最大酸素摂取量が高所とともに低下するのはなぜですか？
• 成功した順応と急性高山病を区別するものは何ですか？

Key concepts

• 低圧性低酸素症
• 低酸素換気応答
• 呼吸性アルカローシスと腎性代償
• エリスロポエチンとヘモグロビン増加
• 最大酸素摂取量（V̇O2max）の低下
• 急性高山病、HACE、HAPE
• 高地居住・低地トレーニング

Mechanisms

吸入酸素分圧の低下は肺胞および動脈血酸素を低下させ、これは頸動脈小体によって感知され、低酸素換気応答を駆動します。過換気は肺胞酸素を増加させますが、その代償として呼吸性アルカローシスを引き起こし、腎臓が数日かけてこれを補償します（Bärtsch & Saltin, 2008）。心拍出量と心拍数は酸素供給を維持するために急性的に上昇し、数日から数週間かけて低酸素誘導性シグナル伝達がエリスロポエチンと赤血球量を刺激し、動脈血酸素含有量を増加させます。これらの調節にもかかわらず、最大酸素摂取量は高所とともに漸進的に低下します。これは、酸素分圧勾配の低下が、筋肉への拡散および対流による供給を制限するためです（Bärtsch & Saltin, 2008; West et al., 2013）。順応が上昇速度に追いつかない場合、体液シフトと圧力上昇が急性高山病の症候群に寄与します（Bärtsch & Swenson, 2013）。

Clinical relevance

高所の生理学は、急性高山病、高所脳浮腫、高所肺水腫の認識の基礎となり、高所での運動検査やパフォーマンスの解釈に情報を提供します。本項目はメカニズムとエビデンスの生成方法を説明するものであり、高山病の認識と管理は現在のガイドラインに準拠する臨床事項であり、その範囲外です。

Epidemiology

急性高山病は、約2500mを超える高所に急速に上昇する未順応の旅行者の間で一般的であり、発生率は到達高度と上昇速度とともに増加します。重症型（脳浮腫および肺水腫）はまれですが、致死的となる可能性があります（Bärtsch & Swenson, 2013）。

Evidence & guidelines

メカニズム的および臨床的理解は、生理学的および臨床的レビュー（Bärtsch & Saltin, 2008; Bärtsch & Swenson, 2013）および参考書（West et al., 2013）にまとめられています。間欠的低酸素曝露のパフォーマンスへの応用は、「高地居住・低地トレーニング」パラダイムで検証されました（Levine & Stray-Gundersen, 1997）。具体的な臨床ガイドラインは、現在の高所医学ガイドラインによって定められており、ここでは再現しません。

History

高所生理学の系統的研究は、20世紀の登山や高所遠征、およびシミュレートされた高所のチャンバー研究によって加速され、順応の換気および血液学的特徴と最大酸素摂取量の漸進的な低下が確立されました。後の研究では、管理された低酸素曝露をアスリートの準備に応用し、高地居住・低地トレーニングのアプローチがその例です（Levine & Stray-Gundersen, 1997）。

Debates

海面レベルでのパフォーマンス向上に高所または低酸素をどのように最適に利用するか

間欠的低酸素曝露がその後の海面レベルでのパフォーマンスを向上させるかどうか、またどのように向上させるか、そして造血的適応と非血液学的適応の相対的な寄与については依然として議論されています。高地居住・低地トレーニングの設計は、順応刺激とトレーニング刺激を分離するための影響力のある試みでした。

Key figures

• John B. West
• Peter Bärtsch
• Bengt Saltin
• Benjamin D. Levine

Seminal works

• bartsch-saltin-2008
• bartsch-swenson-2013
• levine-straygundersen-1997

Frequently asked questions

空気が依然として21%の酸素であるにもかかわらず、高所ではなぜ酸素が少ないのですか？

酸素の分画濃度は変化しませんが、気圧は高度とともに低下するため、血液に酸素を送り込む駆動力となる酸素分圧が低くなります。この低圧性低酸素症が、酸素濃度の変化ではなく、主要なストレス因子です。

順応は高所での運動能力を完全に回復させますか？

いいえ。順応は酸素利用能の低下を部分的に補償しますが、筋肉への酸素供給を駆動する酸素分圧勾配が減少するため、最大酸素摂取量は高度の増加とともに漸進的に低下します。