Độ cao và Sự thích nghi

Ở độ cao lớn, áp suất khí quyển giảm, vì vậy mặc dù không khí vẫn chứa 21 phần trăm oxy, áp suất riêng phần của oxy hít vào giảm, gây ra tình trạng thiếu oxy do áp suất thấp (hypobaric hypoxia). Hệ hô hấp phản ứng đầu tiên trong vòng vài phút thông qua phản ứng thông khí do thiếu oxy, và sau đó trong nhiều ngày thông qua sự thích nghi thông khí, một sự gia tăng dần dần trong nhịp thở mà, cùng với các điều chỉnh của thận và huyết học, phục hồi một phần quá trình oxy hóa động mạch và là nền tảng cho khả năng sống và làm việc của con người ở độ cao.

Definition

Sự thích nghi với độ cao là tập hợp các điều chỉnh sinh lý phụ thuộc thời gian, được dẫn dắt bởi sự gia tăng dần dần trong thông khí (thích nghi thông khí), nhờ đó cơ thể bù đắp một phần cho áp suất riêng phần giảm của oxy hít vào ở độ cao lớn.

Scope

Mục này đề cập đến sự giảm oxy hít vào theo độ cao, phản ứng thông khí cấp tính do thiếu oxy và sự suy giảm của nó do tình trạng giảm CO2 máu (hypocapnia) gây ra, quá trình thích nghi thông khí chậm hơn, và sự tích hợp của các phản ứng hô hấp với các phản ứng của thận và huyết học. Bệnh liên quan đến độ cao được đề cập như bối cảnh lâm sàng, không phải là hướng dẫn điều trị.

Core questions

• Tại sao áp suất riêng phần của oxy giảm theo độ cao mặc dù thành phần không khí không thay đổi?
• Phản ứng thông khí cấp tính do thiếu oxy là gì và tại sao ban đầu nó bị hạn chế?
• Sự thích nghi thông khí phát triển như thế nào và trong khoảng thời gian nào?
• Các điều chỉnh của thận và huyết học bổ sung cho phản ứng hô hấp như thế nào?

Key concepts

• Thiếu oxy do áp suất thấp (Hypobaric hypoxia)
• Phản ứng thông khí do thiếu oxy (qua thể cảnh)
• Giảm CO2 máu (Hypocapnia) và nhiễm kiềm hô hấp
• Thích nghi thông khí
• Bù trừ của thận (bài tiết bicarbonate)
• Tăng hemoglobin và tạo hồng cầu (erythropoiesis)

Mechanisms

Khi lên cao, oxy hít vào giảm làm giảm oxy động mạch và kích thích các hóa thụ thể ngoại biên ở thể cảnh, tạo ra phản ứng thông khí cấp tính do thiếu oxy. Tình trạng tăng thông khí (hyperventilation) sau đó làm giảm carbon dioxide động mạch, gây ra nhiễm kiềm hô hấp; tình trạng giảm CO2 máu này và sự tăng pH dịch não tủy tác động thông qua các hóa thụ thể trung ương để hạn chế thông khí, do đó phản ứng cấp tính ban đầu bị suy giảm. Trong những giờ đến ngày tiếp theo, thông khí tiếp tục tăng (thích nghi thông khí) khi sự hạn chế của hóa thụ thể trung ương được giải tỏa, một phần thông qua bài tiết bicarbonate qua thận giúp đưa pH máu và dịch não tủy trở lại gần mức bình thường, và thông qua những thay đổi về độ nhạy của thể cảnh. Tình trạng thiếu oxy kéo dài cũng thúc đẩy quá trình tạo hồng cầu (erythropoiesis), làm tăng hemoglobin và khả năng vận chuyển oxy trong nhiều tuần. Những phản ứng này được tích hợp chứ không độc lập, và sự đầy đủ của chúng khác nhau giữa các cá thể.

Clinical relevance

Sinh lý học của sự thích nghi giải thích tại sao việc lên cao dần dần làm giảm nguy cơ mắc bệnh độ cao cấp tính và tại sao sự thích nghi thông khí không đầy đủ hoặc không có liên quan đến các hội chứng độ cao. Việc phòng ngừa và điều trị lâm sàng bệnh độ cao cấp tính được đề cập trong các hướng dẫn thực hành chuyên biệt; mục này mô tả sinh lý học cơ bản và không phải là nguồn tư vấn y tế cá nhân.

Evidence & guidelines

Sinh lý học được tổng hợp từ các đánh giá toàn diện về thiếu oxy mạn tính và phản ứng thông khí do thiếu oxy; đối với tình trạng lâm sàng của bệnh độ cao cấp tính, Hiệp hội Y học Hoang dã (Wilderness Medical Society) xuất bản các hướng dẫn thực hành lâm sàng được cập nhật thường xuyên (cập nhật năm 2024) bao gồm phòng ngừa, chẩn đoán và điều trị.

History

Sinh lý học độ cao được hình thành từ các chuyến bay bằng khinh khí cầu và leo núi ban đầu, từ sự nhận thức của Paul Bert vào thế kỷ XIX rằng nguy hiểm của độ cao là áp suất oxy thấp chứ không phải bản thân áp suất thấp, và từ các cuộc thám hiểm và nghiên cứu trong buồng kín vào thế kỷ XX đã ghi lại diễn biến thời gian của sự thích nghi thông khí. Các công trình hiện đại đã xác định vị trí phản ứng cấp tính ở thể cảnh và làm rõ cách thận xử lý bicarbonate cho phép thông khí tăng chậm hơn.

Debates

Những cơ chế nào làm nền tảng cho giai đoạn chậm của sự thích nghi thông khí?

Cả việc giải tỏa sự hạn chế của hóa thụ thể trung ương thông qua sự bình thường hóa pH dịch não tủy và máu, và sự tăng độ nhạy của thể cảnh phụ thuộc thời gian đều đã được đề xuất; những đóng góp tương đối vẫn là một chủ đề nghiên cứu.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao lại có ít oxy hơn ở độ cao nếu không khí vẫn chứa 21 phần trăm oxy?

Vì áp suất khí quyển giảm theo độ cao, áp suất riêng phần của oxy trong không khí hít vào giảm mặc dù tỷ lệ phần trăm của nó không thay đổi, làm giảm gradient áp suất đẩy oxy vào máu.

Tại sao sự thích nghi mất nhiều ngày chứ không phải vài phút?

Tình trạng tăng thông khí ngay lập tức bị hạn chế bởi nhiễm kiềm hô hấp mà nó tạo ra; chỉ khi thận bài tiết bicarbonate và pH trở lại bình thường trong vài giờ đến vài ngày thì thông khí mới có thể tăng thêm, cùng với sự gia tăng khối lượng hồng cầu chậm hơn.