การปรับตัวเข้ากับความสูงและภาวะขาดออกซิเจน

ที่ระดับความสูง ความกดอากาศจะลดลง ดังนั้นความดันย่อยของออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้าไปจึงลดลง แม้ว่าความเข้มข้นเชิงเศษส่วนของออกซิเจนจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม ภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำนี้จะลดปริมาณออกซิเจนในหลอดเลือดแดง และท้าทายทุกระบบที่ต้องพึ่งพาการนำส่งออกซิเจน การปรับตัวคือชุดของการปรับเปลี่ยนทางสรีรวิทยาที่ขึ้นกับเวลา ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูการนำส่งออกซิเจนและความทนทานต่อการออกกำลังกายได้บางส่วนในระหว่างการสัมผัสอย่างต่อเนื่อง

Definition

การปรับตัวเข้ากับความสูงคือการปรับเปลี่ยนทางสรีรวิทยาที่ก้าวหน้าเพื่อตอบสนองต่อภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำที่ระดับความสูง ซึ่งรวมถึงการเพิ่มการระบายอากาศ การเปลี่ยนแปลงการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือด และการปรับตัวของระบบสร้างเม็ดเลือดแดงและเนื้อเยื่อ ซึ่งจะช่วยชดเชยการลดลงของปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ได้บางส่วนในช่วงเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์

Scope

บทความนี้ครอบคลุมผลกระทบทางสรีรวิทยาของภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำ ระยะเวลาของการปรับตัว (ระบบหายใจ, ระบบหัวใจและหลอดเลือด, และระบบโลหิตวิทยา) ข้อจำกัดของความสามารถในการออกกำลังกายแบบแอโรบิกที่ระดับความสูง และอาการเจ็บป่วยจากความสูงเฉียบพลันในรูปแบบต่างๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการปรับตัวไม่สำเร็จ บทความนี้ถือว่าความสูงเป็นปัจจัยความเครียดทางสิ่งแวดล้อมภายในสรีรวิทยาการออกกำลังกาย และไม่ได้ให้คำแนะนำในการจัดการทางคลินิก

Core questions

• ภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำลดปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่และจำกัดการออกกำลังกายแบบแอโรบิกได้อย่างไร?
• ระยะเวลาของการปรับตัวของระบบหายใจ ระบบหัวใจและหลอดเลือด และระบบโลหิตวิทยาเป็นอย่างไร?
• เหตุใดการใช้ออกซิเจนสูงสุดจึงลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้นแม้หลังจากการปรับตัวแล้ว?
• อะไรคือสิ่งที่แยกความแตกต่างระหว่างการปรับตัวที่ประสบความสำเร็จกับอาการเจ็บป่วยจากความสูงเฉียบพลัน?

Key concepts

• ภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำ
• การตอบสนองการระบายอากาศจากภาวะขาดออกซิเจน
• ภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจและการชดเชยของไต
• การสร้างเม็ดเลือดแดงและการเพิ่มขึ้นของฮีโมโกลบิน
• การลดลงของการใช้ออกซิเจนสูงสุด (V̇O2max)
• อาการแพ้ความสูงเฉียบพลัน, HACE, HAPE
• การใช้ชีวิตที่สูง-การฝึกที่ต่ำ

Mechanisms

ความดันย่อยของออกซิเจนที่หายใจเข้าไปที่ลดลงจะลดออกซิเจนในถุงลมปอดและหลอดเลือดแดง ซึ่งถูกตรวจจับโดย carotid bodies และกระตุ้นการตอบสนองการระบายอากาศจากภาวะขาดออกซิเจน การหายใจเกินจะเพิ่มออกซิเจนในถุงลมปอดโดยมีค่าใช้จ่ายคือภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ ซึ่งไตจะชดเชยได้ภายในหลายวัน (Bärtsch & Saltin, 2008) ปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจและอัตราการเต้นของหัวใจจะเพิ่มขึ้นอย่างเฉียบพลันเพื่อป้องกันการนำส่งออกซิเจน และภายในหลายวันถึงหลายสัปดาห์ การส่งสัญญาณที่กระตุ้นโดยภาวะขาดออกซิเจนจะกระตุ้น erythropoietin และมวลเม็ดเลือดแดง ซึ่งจะเพิ่มปริมาณออกซิเจนในหลอดเลือดแดง แม้จะมีการปรับตัวเหล่านี้ การใช้ออกซิเจนสูงสุดจะลดลงอย่างต่อเนื่องตามระดับความสูง เนื่องจากความดันย่อยของออกซิเจนที่ลดลงจะจำกัดการแพร่และการนำส่งแบบพาไปยังกล้ามเนื้อ (Bärtsch & Saltin, 2008; West et al., 2013) เมื่อการปรับตัวไม่สามารถตามทันการขึ้นสู่ที่สูง การเปลี่ยนแปลงของของเหลวและความดันที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่อาการเจ็บป่วยจากความสูงเฉียบพลัน (Bärtsch & Swenson, 2013)

Clinical relevance

สรีรวิทยาของความสูงเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจอาการแพ้ความสูงเฉียบพลัน ภาวะสมองบวมจากความสูง และภาวะปอดบวมจากความสูง และให้ข้อมูลว่าการทดสอบสมรรถภาพและการออกกำลังกายที่ระดับความสูงควรได้รับการตีความอย่างไร บทความนี้อธิบายกลไกและวิธีการสร้างหลักฐาน การรับรู้และการจัดการอาการเจ็บป่วยจากความสูงเป็นเรื่องทางคลินิกที่อยู่ภายใต้แนวทางปฏิบัติปัจจุบันและอยู่นอกขอบเขตของบทความนี้

Epidemiology

อาการแพ้ความสูงเฉียบพลันเป็นเรื่องปกติในหมู่นักเดินทางที่ยังไม่ปรับตัวที่ขึ้นสู่ที่สูงอย่างรวดเร็วเหนือประมาณ 2500 เมตร โดยอุบัติการณ์จะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงที่ไปถึงและอัตราการขึ้นสู่ที่สูง รูปแบบที่รุนแรง (ภาวะสมองบวมและปอดบวม) พบน้อยกว่าแต่มีโอกาสเสียชีวิตได้ (Bärtsch & Swenson, 2013)

Evidence & guidelines

ความเข้าใจเชิงกลไกและทางคลินิกสรุปไว้ในบทความทบทวนทางสรีรวิทยาและทางคลินิก (Bärtsch & Saltin, 2008; Bärtsch & Swenson, 2013) และตำราอ้างอิง (West et al., 2013) การประยุกต์ใช้การสัมผัสภาวะขาดออกซิเจนเป็นระยะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพได้รับการทดสอบในแนวคิด "living high-training low" (Levine & Stray-Gundersen, 1997) คำแนะนำทางคลินิกเฉพาะเจาะจงกำหนดโดยแนวทางปฏิบัติทางการแพทย์เกี่ยวกับความสูงในปัจจุบัน ซึ่งไม่ได้นำเสนอซ้ำในที่นี้

History

การศึกษาทางสรีรวิทยาของความสูงอย่างเป็นระบบเร่งตัวขึ้นพร้อมกับการปีนเขาและการสำรวจที่สูงในศตวรรษที่ยี่สิบ และด้วยการศึกษาในห้องจำลองความสูง ซึ่งได้สร้างลักษณะการระบายอากาศและโลหิตวิทยาของการปรับตัวและการลดลงอย่างต่อเนื่องของการใช้ออกซิเจนสูงสุด งานวิจัยในภายหลังได้ประยุกต์ใช้การสัมผัสภาวะขาดออกซิเจนแบบควบคุมเพื่อเตรียมความพร้อมทางกีฬา ซึ่งเป็นตัวอย่างโดยแนวทาง living-high training-low (Levine & Stray-Gundersen, 1997)

Debates

วิธีที่ดีที่สุดในการใช้ความสูงหรือภาวะขาดออกซิเจนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่ระดับน้ำทะเล

ยังคงมีการถกเถียงกันว่าการสัมผัสภาวะขาดออกซิเจนเป็นระยะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่ระดับน้ำทะเลในภายหลังหรือไม่และอย่างไร และการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของการปรับตัวของระบบสร้างเม็ดเลือดแดงเทียบกับการปรับตัวที่ไม่ใช่โลหิตวิทยา การออกแบบ living-high training-low เป็นความพยายามที่มีอิทธิพลในการแยกสิ่งกระตุ้นการปรับตัวออกจากสิ่งกระตุ้นการฝึก

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

ทำไมออกซิเจนถึงน้อยลงที่ระดับความสูง ทั้งที่อากาศยังคงมีออกซิเจน 21%?

ความเข้มข้นเชิงเศษส่วนของออกซิเจนไม่เปลี่ยนแปลง แต่ความกดอากาศจะลดลงตามระดับความสูง ดังนั้นความดันย่อยของออกซิเจน ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนออกซิเจนเข้าสู่กระแสเลือด จึงต่ำลง ภาวะขาดออกซิเจนจากความกดอากาศต่ำนี้ ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงเปอร์เซ็นต์ออกซิเจน คือปัจจัยความเครียดหลัก

การปรับตัวสามารถฟื้นฟูความสามารถในการออกกำลังกายที่ระดับความสูงได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่?

ไม่ การปรับตัวช่วยชดเชยการลดลงของปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ได้บางส่วน แต่การใช้ออกซิเจนสูงสุดยังคงลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น เนื่องจากความดันย่อยของออกซิเจนที่ขับเคลื่อนการนำส่งไปยังกล้ามเนื้อลดลง