يعمل الناس بشكل متزايد على ارتفاعات عالية. غالبًا ما تكون عمليات التعدين والمرافق الترفيهية وأنماط النقل والمهام الزراعية والحملات العسكرية على ارتفاعات عالية ، وكل هذه تتطلب نشاطًا بدنيًا وعقليًا بشريًا. كل هذا النشاط ينطوي على متطلبات متزايدة للأكسجين. تكمن المشكلة في أنه عندما يصعد المرء أعلى وأعلى فوق مستوى سطح البحر ، فإن ضغط الهواء الكلي (الضغط الجوي ، P_B) وكمية الأكسجين في الهواء المحيط (ذلك الجزء من الضغط الكلي الناتج عن الأكسجين ، PO₂) تسقط تدريجيا. نتيجة لذلك ، يتناقص مقدار العمل الذي يمكننا إنجازه تدريجيًا. تؤثر هذه المبادئ على مكان العمل. على سبيل المثال ، وُجد أن نفقًا في كولورادو يتطلب وقتًا إضافيًا بنسبة 25٪ لإكماله على ارتفاع 11,000 قدم مقارنة بالعمل المماثل على مستوى سطح البحر ، وكانت تأثيرات الارتفاع متورطة في التأخير. لا يقتصر الأمر على زيادة الإرهاق العضلي ، بل يؤدي أيضًا إلى تدهور الوظيفة العقلية. تصبح الذاكرة والحساب واتخاذ القرار والحكم كلها ضعيفة. وجد العلماء الذين أجروا حسابات في مرصد Mona Loa على ارتفاع يزيد عن 4,000 متر في جزيرة هاواي أنهم يحتاجون إلى مزيد من الوقت لإجراء حساباتهم وأنهم يرتكبون أخطاء أكثر من مستوى سطح البحر. نظرًا لتزايد نطاق وحجم وتنوع وتوزيع الأنشطة البشرية على هذا الكوكب ، يعمل المزيد من الناس على ارتفاعات عالية ، وتصبح تأثيرات الارتفاع مشكلة مهنية.

من المهم بشكل أساسي للأداء المهني على ارتفاع هو الحفاظ على إمداد الأنسجة بالأكسجين. نحن (والحيوانات الأخرى) لدينا دفاعات ضد حالات الأكسجين المنخفضة (نقص الأكسجة). ومن أهم هذه العوامل زيادة التنفس (التهوية) ، والتي تبدأ عند ضغط الأكسجين في الدم الشرياني (PaO)₂) النقصان (نقص تأكسج الدم) ، موجود في جميع الارتفاعات فوق مستوى سطح البحر ، وهو تدريجي مع الارتفاع وهو أكثر دفاعنا فعالية ضد انخفاض الأكسجين في البيئة. تسمى العملية التي يزداد فيها التنفس على علو شاهق التأقلم التنفسي. يمكن رؤية أهمية العملية في الشكل 1 ، والذي يوضح أن ضغط الأكسجين في الدم الشرياني أعلى في الموضوعات المتأقلمة عنه في الموضوعات غير المتأقلمة. علاوة على ذلك ، تزداد أهمية التأقلم في الحفاظ على ضغط الأكسجين الشرياني تدريجياً مع زيادة الارتفاع. في الواقع ، من غير المرجح أن يعيش الشخص غير المتأقلم على ارتفاع 20,000 قدم ، بينما تمكن الأشخاص المتأقلمون من الصعود إلى قمة جبل إيفرست (29,029،8,848 قدمًا ، XNUMX مترًا) بدون مصادر اصطناعية للأكسجين.

الشكل 1. التأقلم بالتهوية

تقنية

ينشأ المحفز لزيادة التهوية على ارتفاعات عالية بشكل كبير وبشكل شبه حصري في نسيج يراقب ضغط الأكسجين في الدم الشرياني ويوجد داخل عضو يسمى الجسم السباتي ، بحجم رأس الدبوس ، يقع في نقطة تفرع في كل من الشريانين السباتيين على مستوى زاوية الفك. عندما ينخفض ​​ضغط الأكسجين الشرياني ، تشعر الخلايا الشبيهة بالأعصاب (خلايا المستقبلات الكيميائية) في جسم الشريان السباتي أن هذا يقلل ويزيد من معدل إطلاقها على طول العصب القحفي التاسع ، الذي ينقل النبضات مباشرة إلى مركز التحكم في الجهاز التنفسي في جذع الدماغ. عندما يستقبل المركز التنفسي أعدادًا متزايدة من النبضات ، فإنه يحفز زيادة وتيرة التنفس وعمقه عبر مسارات عصبية معقدة تنشط الحجاب الحاجز وعضلات جدار الصدر. والنتيجة هي زيادة كمية الهواء التي تهويها الرئتان ، الشكل 9 ، والتي بدورها تعمل على استعادة ضغط الأكسجين الشرياني. إذا استنشق الشخص الأكسجين أو الهواء المخصب بالأكسجين ، يحدث العكس. أي أن خلايا المستقبلات الكيميائية تقلل من معدل إطلاقها ، مما يقلل من مرور الأعصاب إلى مركز الجهاز التنفسي ، ويقل التنفس. هذه الأعضاء الصغيرة على جانبي الرقبة حساسة للغاية للتغيرات الصغيرة في ضغط الأكسجين في الدم. أيضًا ، هم مسؤولون بشكل كامل تقريبًا عن الحفاظ على مستوى الأكسجين في الجسم ، لأنه عند تلف كلاهما أو إزالتهما ، لا تزداد التهوية عندما تنخفض مستويات الأكسجين في الدم. وبالتالي فإن أحد العوامل المهمة التي تتحكم في التنفس هو ضغط الأكسجين الشرياني. يؤدي انخفاض مستوى الأكسجين إلى زيادة التنفس ، وتؤدي زيادة مستوى الأكسجين إلى انخفاض في التنفس. في كل حالة ، تكون النتيجة ، في الواقع ، جهد الجسم للحفاظ على مستويات الأكسجين في الدم ثابتة.

الشكل 2. تسلسل الأحداث في التأقلم

الدورة الزمنية (العوامل التي تعارض زيادة التهوية في المرتفعات)

الأكسجين ضروري للإنتاج المستدام للطاقة ، وعندما ينخفض ​​إمداد الأنسجة بالأكسجين (نقص الأكسجة) ، قد تصاب وظيفة الأنسجة بالاكتئاب. من بين جميع الأعضاء ، يكون الدماغ أكثر حساسية لنقص الأكسجين ، وكما ذكر أعلاه ، فإن المراكز الموجودة داخل الجهاز العصبي المركزي مهمة في التحكم في التنفس. عندما نتنفس خليطًا منخفض الأكسجين ، فإن الاستجابة الأولية هي زيادة التهوية ، ولكن بعد 10 دقائق أو نحو ذلك ، تقل الزيادة إلى حد ما. في حين أن سبب هذا التباطؤ غير معروف ، فإن السبب المقترح له هو انخفاض بعض الوظائف العصبية المركزية المتعلقة بمسار التهوية ، وقد تم تسميته اكتئاب التنفس الصناعي. لوحظ هذا الاكتئاب بعد وقت قصير من الصعود إلى علو شاهق. يكون الاكتئاب عابرًا ، ويستمر بضع ساعات فقط ، ربما بسبب وجود بعض تكيف الأنسجة داخل الجهاز العصبي المركزي.

ومع ذلك ، عادة ما تبدأ بعض الزيادة في التهوية فورًا عند الانتقال إلى ارتفاعات عالية ، على الرغم من أن الوقت مطلوب قبل تحقيق أقصى قدر من التهوية. عند الوصول إلى الارتفاع ، يحاول نشاط الجسم السباتي المتزايد زيادة التهوية ، وبالتالي رفع ضغط الأكسجين الشرياني إلى مستوى سطح البحر. ومع ذلك ، فإن هذا يمثل معضلة للجسم. تؤدي زيادة التنفس إلى زيادة إفراز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في هواء الزفير. عندما CO₂ في أنسجة الجسم ، ينتج محلولًا مائيًا حمضيًا ، وعندما يتم فقده في هواء الزفير ، تصبح سوائل الجسم ، بما في ذلك الدم ، أكثر قلوية ، وبالتالي تغيير التوازن الحمضي القاعدي في الجسم. تكمن المعضلة في أن التهوية منظمة ليس فقط للحفاظ على ضغط الأكسجين ثابتًا ، ولكن أيضًا من أجل التوازن الحمضي القاعدي. كو₂ ينظم التنفس في الاتجاه المعاكس للأكسجين. وهكذا عندما يكون CO₂ يرتفع الضغط (أي درجة الحموضة في مكان ما داخل مركز الجهاز التنفسي) ، وترتفع التهوية ، وعندما تنخفض ، تنخفض التهوية. عند الوصول إلى ارتفاعات عالية ، فإن أي زيادة في التهوية بسبب بيئة الأكسجين المنخفضة ستؤدي إلى انخفاض في ثاني أكسيد الكربون₂ الضغط الذي يسبب القلاء ويعمل على مقاومة التهوية المتزايدة (شكل 2). لذلك ، فإن المعضلة عند الوصول هي أن الجسم لا يستطيع الحفاظ على ثبات كل من ضغط الأكسجين والتوازن الحمضي القاعدي. يحتاج البشر ساعات طويلة وحتى أيام لاستعادة التوازن المناسب.

تتمثل إحدى طرق إعادة التوازن في زيادة إفراز البيكربونات القلوية في البول ، مما يعوض فقدان الحموضة في الجهاز التنفسي ، مما يساعد على استعادة التوازن الحمضي القاعدي للجسم نحو قيم مستوى سطح البحر. يعتبر إفراز البيكربونات الكلوي عملية بطيئة نسبيًا. على سبيل المثال ، عند الانتقال من مستوى سطح البحر إلى 4,300 متر (14,110 قدمًا) ، يتطلب التأقلم من سبعة إلى عشرة أيام (الشكل 3). كان يُعتقد في يوم من الأيام أن هذا الإجراء الذي تقوم به الكلى ، والذي يقلل من تثبيط القلوية للتهوية ، هو السبب الرئيسي للزيادة البطيئة في التهوية بعد الصعود ، ولكن الأبحاث الحديثة تحدد دورًا مهيمنًا للزيادة التدريجية في حساسية استشعار نقص الأكسجين. قدرة الأجسام السباتية خلال الساعات الأولى إلى الأيام التي تلي الصعود إلى الارتفاع. هذا هو الفاصل الزمني التأقلم التنفسي. تسمح عملية التأقلم ، في الواقع ، بارتفاع التهوية استجابةً لضغط الأكسجين الشرياني المنخفض على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون₂ الضغط ينخفض. مع ارتفاع التهوية وثاني أكسيد الكربون₂ ينخفض ​​الضغط مع التأقلم على الارتفاع ، ويحدث ارتفاع ناتج وما يصاحب ذلك في ضغط الأكسجين داخل الحويصلات الرئوية والدم الشرياني.

الشكل 3. الدورة الزمنية للتأقلم التنفسي لموضوعات مستوى سطح البحر التي تم أخذها إلى ارتفاع 4,300 متر

نظرًا لاحتمال حدوث انخفاض عابر في التنفس الصناعي بنقص التأكسج عند الارتفاع ، ولأن التأقلم هو عملية تبدأ فقط عند الدخول إلى بيئة منخفضة الأكسجين ، فإن الحد الأدنى من ضغط الأكسجين الشرياني يحدث عند الوصول إلى الارتفاع. بعد ذلك ، يرتفع ضغط الأكسجين الشرياني بسرعة نسبيًا في الأيام الأولى ثم يزداد بعد ذلك بشكل أبطأ ، كما في الشكل 3. ولأن نقص الأكسجة يزداد سوءًا بعد الوصول مباشرة ، فإن الخمول والأعراض المصاحبة للتعرض للارتفاعات تزداد سوءًا خلال الساعات والأيام الأولى . مع التأقلم ، عادة ما يتطور الشعور بالرفاهية.

يزداد الوقت اللازم للتأقلم مع زيادة الارتفاع ، بما يتوافق مع المفهوم القائل بأن الزيادة الكبيرة في التهوية وتعديلات القاعدة الحمضية تتطلب فترات أطول للتعويض الكلوي. وبالتالي ، في حين أن التأقلم قد يتطلب ثلاثة إلى خمسة أيام حتى يتأقلم المواطن الأصلي على مستوى سطح البحر عند 3,000 متر ، بالنسبة للارتفاعات التي تزيد عن 6,000 إلى 8,000 متر ، فإن التأقلم الكامل ، حتى لو كان ذلك ممكنًا ، قد يتطلب ستة أسابيع أو أكثر (الشكل 4). عندما يعود الشخص المتأقلم مع الارتفاع إلى مستوى سطح البحر ، تنعكس العملية. أي أن ضغط الأكسجين الشرياني يرتفع الآن إلى مستوى سطح البحر وتنخفض التهوية. الآن يوجد أقل من ثاني أكسيد الكربون₂ الزفير ، وثاني أكسيد الكربون₂ يرتفع الضغط في الدم وفي مركز الجهاز التنفسي. يتم تغيير التوازن الحمضي القاعدي باتجاه الجانب الحمضي ، ويجب أن تحتفظ الكلى بالبيكربونات لاستعادة التوازن. على الرغم من أن الوقت اللازم لفقدان التأقلم ليس مفهومًا جيدًا ، إلا أنه يبدو أنه يتطلب تقريبًا فترة زمنية طويلة مثل عملية التأقلم نفسها. إذا كان الأمر كذلك ، فإن العودة من الارتفاع ، افتراضيًا ، تعطي صورة معكوسة لصعود الارتفاع ، مع استثناء واحد مهم: يصبح ضغط الأكسجين الشرياني طبيعيًا فور الهبوط.

الشكل 4. تأثيرات الارتفاع على الضغط الجوي و PO2 الملهم

تقلبات بين الأفراد

كما هو متوقع ، يختلف الأفراد فيما يتعلق بالوقت اللازم للتأقلم التنفسي مع ارتفاع معين وحجمه. أحد الأسباب المهمة للغاية هو الاختلاف الكبير بين الأفراد في الاستجابة التنفسية لنقص الأكسجة. على سبيل المثال ، عند مستوى سطح البحر ، إذا كان الشخص يحمل ثاني أكسيد الكربون₂ ثابت الضغط ، بحيث لا يخلط بين استجابة التنفس الصناعي للأكسجين المنخفض ، يظهر بعض الأشخاص العاديين زيادة طفيفة أو معدومة في التهوية ، بينما يظهر البعض الآخر زيادة كبيرة جدًا (تصل إلى خمسة أضعاف). يبدو أن استجابة التنفس الصناعي لاستنشاق مخاليط منخفضة الأكسجين سمة متأصلة للفرد ، لأن أفراد الأسرة يتصرفون بشكل أكثر تشابهًا من الأشخاص غير المرتبطين. يبدو أن هؤلاء الأشخاص الذين لديهم استجابات تهوية ضعيفة للأكسجين المنخفض عند مستوى سطح البحر ، كما هو متوقع ، لديهم استجابات تهوية أصغر بمرور الوقت على ارتفاعات عالية. قد تكون هناك عوامل أخرى تسبب تباينًا بين الأفراد في التأقلم ، مثل التباين في حجم تثبيط التهوية ، في وظيفة مركز الجهاز التنفسي ، في الحساسية للتغيرات الحمضية القاعدية ، وفي المعالجة الكلوية للبيكربونات ، ولكن هذه لم تكن كذلك. تم تقييمها.

النوم

جودة النوم السيئة ، خاصة قبل التأقلم التنفسي ، ليست مجرد شكوى شائعة ، ولكنها أيضًا عامل من شأنه أن يضعف الكفاءة المهنية. أشياء كثيرة تتداخل مع فعل التنفس ، ومنها الانفعالات والنشاط البدني والأكل ودرجة اليقظة. تنخفض التهوية أثناء النوم ، ويتم تحفيز القدرة على التنفس من خلال انخفاض الأكسجين أو ارتفاع ثاني أكسيد الكربون₂ ينخفض ​​أيضا. ينخفض ​​معدل التنفس وعمق التنفس. علاوة على ذلك ، في المرتفعات العالية ، حيث يوجد عدد أقل من جزيئات الأكسجين في الهواء ، تكون كمية الأكسجين المخزنة في الحويصلات الرئوية بين الأنفاس أقل. وبالتالي ، إذا توقف التنفس لبضع ثوان (يسمى انقطاع النفس ، وهو حدث شائع على ارتفاعات عالية) ، فإن ضغط الأكسجين الشرياني ينخفض ​​بسرعة أكبر منه عند مستوى سطح البحر ، حيث يكون خزان الأكسجين في الأساس أكبر.

يكاد يكون التوقف الدوري عن التنفس شاملًا خلال الليالي القليلة الأولى بعد الصعود إلى علو شاهق. هذا انعكاس لمعضلة الجهاز التنفسي للارتفاع ، الموصوفة سابقًا ، والتي تعمل بطريقة دورية: التحفيز الناجم عن نقص الأكسجة يزيد من التهوية ، مما يؤدي بدوره إلى خفض مستويات ثاني أكسيد الكربون ، ويمنع التنفس ، ويزيد من التنبيه بنقص التأكسج ، مما يحفز التهوية مرة أخرى. عادة ما تكون هناك فترة انقطاع النفس من 15 إلى 30 ثانية ، تليها عدة أنفاس كبيرة جدًا ، والتي غالبًا ما توقظ الشخص لفترة وجيزة ، وبعد ذلك يحدث انقطاع النفس مرة أخرى. ينخفض ​​ضغط الأكسجين الشرياني أحيانًا إلى مستويات تنذر بالخطر نتيجة لفترات انقطاع التنفس. قد يكون هناك استيقاظ متكرر ، وحتى عندما يكون إجمالي وقت النوم أمرًا طبيعيًا ، فإن تجزؤ هذا النوم يضعف جودة النوم بحيث يكون هناك انطباع بأنه كان لديك ليلة مضطربة أو بلا نوم. إن إعطاء الأكسجين يقضي على دورة التحفيز الناقص للأكسجين ، كما أن تثبيط القلويات يلغي التنفس الدوري ويعيد النوم الطبيعي.

الذكور في منتصف العمر على وجه الخصوص معرضون لخطر آخر من أسباب انقطاع النفس ، وهو الانسداد المتقطع لمجرى الهواء العلوي ، وهو السبب الشائع للشخير. في حين أن الانسداد المتقطع في الجزء الخلفي من الممرات الأنفية عادة ما يسبب ضوضاء مزعجة فقط عند مستوى سطح البحر ، على ارتفاعات عالية ، حيث يوجد خزان أصغر من الأكسجين في الرئتين ، قد يؤدي هذا الانسداد إلى مستويات منخفضة للغاية من ضغط الأكسجين الشرياني وقلة النوم جودة.

التعرض المتقطع

هناك حالات عمل ، خاصة في جبال الأنديز بأمريكا الجنوبية ، تتطلب من العامل أن يقضي عدة أيام على ارتفاعات تزيد عن 3,000 إلى 4,000 متر ، ثم يقضي عدة أيام في المنزل ، عند مستوى سطح البحر. عادة ما يتم تحديد جداول العمل المحددة (عدد الأيام التي يجب أن تقضيها على ارتفاع ، لنقل من أربعة إلى 14 يومًا ، وكم عدد الأيام ، لنقل ثلاثة إلى سبعة أيام ، عند مستوى سطح البحر) من خلال اقتصاديات مكان العمل أكثر من الاعتبارات الصحية. ومع ذلك ، فإن العامل الذي يجب مراعاته في علم الاقتصاد هو الفاصل الزمني المطلوب للتأقلم وفقدان التأقلم مع الارتفاع المعني. يجب إيلاء اهتمام خاص لشعور العامل بالرفاهية والأداء في الوظيفة عند وصوله وفي اليوم الأول أو الثاني بعد ذلك ، فيما يتعلق بالإرهاق والوقت اللازم لأداء الوظائف الروتينية وغير الروتينية والأخطاء المرتكبة. يجب أيضًا مراعاة الاستراتيجيات لتقليل الوقت اللازم للتأقلم على ارتفاع ، ولتحسين الوظيفة أثناء ساعات الاستيقاظ.

الرجوع