ความสูงและการปรับตัว

ที่ระดับความสูง ความกดอากาศจะลดลง ดังนั้น แม้ว่าอากาศจะยังคงมีออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์ แต่ความดันย่อยของออกซิเจนที่หายใจเข้าไปจะลดลง ทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำ (hypobaric hypoxia) ระบบทางเดินหายใจจะตอบสนองในตอนแรกภายในไม่กี่นาทีผ่านการตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจน (hypoxic ventilatory response) และจากนั้นจะใช้เวลาหลายวันผ่านการปรับตัวของการหายใจ (ventilatory acclimatization) ซึ่งเป็นการเพิ่มขึ้นของการหายใจอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเมื่อรวมกับการปรับตัวของไตและระบบโลหิตวิทยา จะช่วยฟื้นฟูการส่งออกซิเจนในหลอดเลือดแดงได้บางส่วน และเป็นพื้นฐานความสามารถของมนุษย์ในการใช้ชีวิตและทำงานที่ระดับความสูง

Definition

การปรับตัวให้เข้ากับระดับความสูงคือชุดของการปรับตัวทางสรีรวิทยาที่ขึ้นกับเวลา โดยมีลักษณะเด่นคือการเพิ่มขึ้นของการระบายอากาศอย่างต่อเนื่อง (ventilatory acclimatization) ซึ่งร่างกายจะชดเชยบางส่วนสำหรับความดันย่อยของออกซิเจนที่หายใจเข้าไปที่ลดลงที่ระดับความสูง

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงการลดลงของออกซิเจนที่หายใจเข้าไปตามระดับความสูง การตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจนแบบเฉียบพลันและการลดลงของการตอบสนองนี้จากภาวะคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำที่เกิดขึ้น กระบวนการปรับตัวของการหายใจที่ช้าลง และการทำงานร่วมกันของการตอบสนองของระบบทางเดินหายใจกับไตและระบบโลหิตวิทยา โรคที่เกี่ยวข้องกับระดับความสูงจะถูกอ้างอิงในบริบททางคลินิก ไม่ใช่เป็นแนวทางการรักษา

Core questions

• ทำไมความดันย่อยของออกซิเจนจึงลดลงตามระดับความสูง แม้ว่าองค์ประกอบของอากาศจะไม่เปลี่ยนแปลง?
• การตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจนแบบเฉียบพลันคืออะไร และทำไมจึงถูกจำกัดในตอนแรก?
• การปรับตัวของการหายใจพัฒนาขึ้นอย่างไรและใช้เวลานานเท่าใด?
• การปรับตัวของไตและระบบโลหิตวิทยาเสริมการตอบสนองของระบบทางเดินหายใจได้อย่างไร?

Key concepts

• ภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำ
• การตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจน (ผ่าน carotid body)
• ภาวะคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำและภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ
• การปรับตัวของการหายใจ
• การชดเชยของไต (การขับไบคาร์บอเนต)
• ฮีโมโกลบินที่เพิ่มขึ้นและการสร้างเม็ดเลือดแดง

Mechanisms

เมื่อขึ้นสู่ที่สูง ออกซิเจนที่หายใจเข้าไปที่ลดลงจะทำให้ระดับออกซิเจนในหลอดเลือดแดงลดลงและกระตุ้นเคโมรีเซพเตอร์ส่วนปลายที่ carotid body ทำให้เกิดการตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจนในทันที การหายใจที่มากเกินไปที่เกิดขึ้นจะลดคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง ทำให้เกิดภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ (respiratory alkalosis) ภาวะคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำนี้และการเพิ่มขึ้นของ pH ในน้ำไขสันหลังจะออกฤทธิ์ผ่านเคโมรีเซพเตอร์ส่วนกลางเพื่อยับยั้งการหายใจ ดังนั้นการตอบสนองแบบเฉียบพลันจึงถูกลดทอนลงในตอนแรก ในช่วงหลายชั่วโมงถึงหลายวันต่อมา การหายใจจะยังคงเพิ่มขึ้น (ventilatory acclimatization) เนื่องจากข้อจำกัดของเคโมรีเซพเตอร์ส่วนกลางถูกปลดปล่อยลง ส่วนหนึ่งผ่านการขับไบคาร์บอเนตทางไตที่ทำให้ pH ของเลือดและน้ำไขสันหลังกลับสู่ปกติ และผ่านการเปลี่ยนแปลงความไวของ carotid body ภาวะขาดออกซิเจนอย่างต่อเนื่องยังกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือดแดง ทำให้ฮีโมโกลบินและความสามารถในการนำออกซิเจนเพิ่มขึ้นภายในไม่กี่สัปดาห์ การตอบสนองเหล่านี้ทำงานร่วมกันมากกว่าที่จะเป็นอิสระ และความเพียงพอของแต่ละบุคคลจะแตกต่างกันไป

Clinical relevance

สรีรวิทยาของการปรับตัวอธิบายว่าทำไมการขึ้นสู่ที่สูงอย่างค่อยเป็นค่อยไปจึงลดความเสี่ยงของอาการป่วยจากระดับความสูงแบบเฉียบพลัน และทำไมการปรับตัวของการหายใจที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เกิดขึ้นเลยจึงเกี่ยวข้องกับกลุ่มอาการที่เกิดจากระดับความสูง แนวทางการป้องกันและรักษาอาการป่วยจากระดับความสูงแบบเฉียบพลันได้รับการกล่าวถึงในแนวทางปฏิบัติทางคลินิกโดยเฉพาะ เนื้อหานี้อธิบายถึงสรีรวิทยาพื้นฐานและไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับคำแนะนำทางการแพทย์ส่วนบุคคล

Evidence & guidelines

สรีรวิทยานี้สังเคราะห์จากการทบทวนอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรังและการตอบสนองการหายใจต่อภาวะขาดออกซิเจน สำหรับภาวะทางคลินิกของอาการป่วยจากระดับความสูงแบบเฉียบพลัน Wilderness Medical Society ได้เผยแพร่แนวทางปฏิบัติทางคลินิกที่อัปเดตเป็นประจำ (อัปเดตปี 2024) ซึ่งครอบคลุมการป้องกัน การวินิจฉัย และการรักษา

History

สรีรวิทยาของระดับความสูงถูกกำหนดโดยการขึ้นบอลลูนและการปีนเขาในยุคแรก โดยการรับรู้ของ Paul Bert ในศตวรรษที่ 19 ว่าอันตรายของระดับความสูงคือความดันออกซิเจนต่ำมากกว่าความดันต่ำเอง และโดยการสำรวจและการศึกษาในห้องทดลองในศตวรรษที่ 20 ที่บันทึกช่วงเวลาของการปรับตัวของการหายใจ งานวิจัยสมัยใหม่ได้ระบุตำแหน่งของการตอบสนองแบบเฉียบพลันที่ carotid bodies และชี้แจงว่าการจัดการไบคาร์บอเนตของไตช่วยให้การหายใจเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ได้อย่างไร

Debates

กลไกใดที่อยู่เบื้องหลังระยะช้าของการปรับตัวของการหายใจ?

มีการเสนอทั้งการปลดปล่อยข้อจำกัดของเคโมรีเซพเตอร์ส่วนกลางผ่านการปรับ pH ของน้ำไขสันหลังและเลือดให้เป็นปกติ และการเพิ่มขึ้นของความไวของ carotid body ที่ขึ้นกับเวลา การมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ยังคงเป็นหัวข้อของการสอบสวน

Key figures

• John B. West
• Luc J. Teppema
• Albert Dahan
• Peter H. Hackett

Seminal works

• west-2017
• teppema-2010
• west-2003

Frequently asked questions

ทำไมออกซิเจนจึงน้อยลงที่ระดับความสูง แม้ว่าอากาศจะยังคงมีออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์?

เนื่องจากความกดอากาศลดลงตามระดับความสูง ความดันย่อยของออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้าไปจึงลดลง แม้ว่าเปอร์เซ็นต์จะไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งจะลดความชันของความดันที่ขับเคลื่อนออกซิเจนเข้าสู่กระแสเลือด

ทำไมการปรับตัวจึงใช้เวลาหลายวันแทนที่จะเป็นนาที?

การหายใจที่มากเกินไปในทันทีจะถูกยับยั้งโดยภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจที่เกิดขึ้น เมื่อไตขับไบคาร์บอเนตและ pH กลับสู่ปกติภายในไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายวันเท่านั้น การหายใจจึงจะเพิ่มขึ้นได้อีก พร้อมกับการเพิ่มขึ้นของมวลเม็ดเลือดแดงที่ช้าลง