Les gens travaillent de plus en plus à haute altitude. Les opérations minières, les installations récréatives, les modes de transport, les activités agricoles et les campagnes militaires se déroulent souvent à haute altitude, et tout cela nécessite une activité physique et mentale humaine. Toutes ces activités impliquent des besoins accrus en oxygène. Un problème est qu'à mesure que l'on monte de plus en plus haut au-dessus du niveau de la mer, à la fois la pression atmosphérique totale (la pression barométrique, PB) et la quantité d'oxygène dans l'air ambiant (la partie de la pression totale due à l'oxygène, PO2) chute progressivement. En conséquence, la quantité de travail que nous pouvons accomplir diminue progressivement. Ces principes affectent le lieu de travail. Par exemple, il a été constaté qu'un tunnel dans le Colorado nécessitait 25 % de temps en plus pour être achevé à une altitude de 11,000 4,000 pieds qu'un travail comparable au niveau de la mer, et les effets de l'altitude étaient impliqués dans le retard. Non seulement il y a une fatigue musculaire accrue, mais aussi une détérioration de la fonction mentale. La mémoire, le calcul, la prise de décision et le jugement sont tous altérés. Les scientifiques effectuant des calculs à l'observatoire de Mona Loa à une altitude supérieure à XNUMX XNUMX m sur l'île d'Hawaï ont constaté qu'ils avaient besoin de plus de temps pour effectuer leurs calculs et qu'ils faisaient plus d'erreurs qu'au niveau de la mer. En raison de la portée, de l'ampleur, de la variété et de la distribution croissantes des activités humaines sur cette planète, de plus en plus de personnes travaillent à haute altitude et les effets de l'altitude deviennent un problème professionnel.
Le maintien de l'apport d'oxygène aux tissus est fondamentalement important pour les performances professionnelles en altitude. Nous (et d'autres animaux) avons des défenses contre les états à faible teneur en oxygène (hypoxie). Le principal d'entre eux est une augmentation de la respiration (ventilation), qui commence lorsque la pression d'oxygène dans le sang artériel (PaO2) diminue (hypoxémie), est présent à toutes les altitudes au-dessus du niveau de la mer, est progressif avec l'altitude et constitue notre défense la plus efficace contre le manque d'oxygène dans l'environnement. Le processus par lequel la respiration augmente à haute altitude est appelé acclimatation ventilatoire. L'importance du processus est visible sur la figure 1 qui montre que la pression d'oxygène dans le sang artériel est plus élevée chez les sujets acclimatés que chez les sujets non acclimatés. De plus, l'importance de l'acclimatation dans le maintien de la pression artérielle en oxygène augmente progressivement avec l'augmentation de l'altitude. En effet, la personne non acclimatée a peu de chances de survivre au-dessus d'une altitude de 20,000 29,029 pieds, alors que les personnes acclimatées ont pu gravir le sommet du mont Everest (8,848 XNUMX pieds, XNUMX XNUMX m) sans sources artificielles d'oxygène.
Figure 1. Acclimatation ventilatoire
Mécanisme
Le stimulus pour l'augmentation de la ventilation à haute altitude se produit en grande partie et presque exclusivement dans un tissu qui surveille la pression d'oxygène dans le sang artériel et est contenu dans un organe appelé le corps carotidien, de la taille d'une tête d'épingle, situé à un point de ramification dans chacune des deux artères carotides, au niveau de l'angle de la mâchoire. Lorsque la pression artérielle en oxygène chute, les cellules nerveuses (cellules chimioréceptrices) du corps carotidien ressentent cette diminution et augmentent leur cadence de tir le long du 9e nerf crânien, qui transmet les impulsions directement au centre de contrôle respiratoire du tronc cérébral. Lorsque le centre respiratoire reçoit un nombre accru d'impulsions, il stimule une augmentation de la fréquence et de la profondeur de la respiration via des voies nerveuses complexes, qui activent le diaphragme et les muscles de la paroi thoracique. Le résultat est une augmentation de la quantité d'air ventilé par les poumons, figure 2, qui à son tour agit pour restaurer la pression artérielle en oxygène. Si un sujet respire de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, c'est l'inverse qui se produit. C'est-à-dire que les cellules chimioréceptrices diminuent leur cadence de tir, ce qui diminue le trafic nerveux vers le centre respiratoire et la respiration diminue. Ces petits organes situés de chaque côté du cou sont très sensibles aux petites variations de la pression d'oxygène dans le sang. De plus, ils sont presque entièrement responsables du maintien du niveau d'oxygène du corps, car lorsque les deux sont endommagés ou retirés, la ventilation n'augmente plus lorsque les niveaux d'oxygène dans le sang chutent. Ainsi, un facteur important contrôlant la respiration est la pression artérielle en oxygène; une diminution du niveau d'oxygène entraîne une augmentation de la respiration, et une augmentation du niveau d'oxygène entraîne une diminution de la respiration. Dans chaque cas, le résultat est, en effet, l'effort du corps pour maintenir constants les niveaux d'oxygène dans le sang.
Figure 2. Séquence d'événements d'acclimatation
Evolution temporelle (facteurs s'opposant à l'augmentation de la ventilation en altitude)
L'oxygène est nécessaire pour la production soutenue d'énergie, et lorsque l'apport d'oxygène aux tissus est réduit (hypoxie), la fonction tissulaire peut devenir déprimée. De tous les organes, le cerveau est le plus sensible au manque d'oxygène et, comme indiqué ci-dessus, les centres du système nerveux central jouent un rôle important dans le contrôle de la respiration. Lorsque nous respirons un mélange à faible teneur en oxygène, la réponse initiale est une augmentation de la ventilation, mais après environ 10 minutes, l'augmentation est atténuée dans une certaine mesure. Bien que la cause de cet émoussement ne soit pas connue, sa cause suggérée est la dépression d'une fonction neurale centrale liée à la voie de ventilation, et a été appelée dépression ventilatoire hypoxique. Une telle dépression a été observée peu de temps après l'ascension à haute altitude. La dépression est transitoire et ne dure que quelques heures, peut-être parce qu'il y a une certaine adaptation tissulaire au sein du système nerveux central.
Néanmoins, une certaine augmentation de la ventilation commence généralement dès que l'on monte en haute altitude, bien qu'il faille du temps avant que la ventilation maximale ne soit atteinte. À l'arrivée en altitude, l'augmentation de l'activité du corps carotidien tente d'augmenter la ventilation, et ainsi de ramener la pression artérielle en oxygène à la valeur du niveau de la mer. Cependant, cela présente le corps avec un dilemme. Une augmentation de la respiration entraîne une augmentation de l'excrétion de dioxyde de carbone (CO2) dans l'air expiré. Quand le CO2 se trouve dans les tissus corporels, il crée une solution aqueuse acide et, lorsqu'il est perdu dans l'air expiré, les fluides corporels, y compris le sang, deviennent plus alcalins, altérant ainsi l'équilibre acido-basique dans le corps. Le dilemme est que la ventilation est régulée non seulement pour maintenir la pression d'oxygène constante, mais aussi pour l'équilibre acido-basique. CO2 régule la respiration dans le sens opposé à l'oxygène. Ainsi lorsque le CO2 la pression (c'est-à-dire le degré d'acidité quelque part dans le centre respiratoire) augmente, la ventilation augmente et, lorsqu'elle diminue, la ventilation diminue. À l'arrivée en altitude, toute augmentation de la ventilation causée par l'environnement pauvre en oxygène entraînera une baisse du CO2 la pression, qui provoque une alcalose et s'oppose à l'augmentation de la ventilation (figure 2). Par conséquent, le dilemme à l'arrivée est que le corps ne peut pas maintenir la constance de la pression d'oxygène et de l'équilibre acido-basique. Les êtres humains ont besoin de plusieurs heures et même de plusieurs jours pour retrouver un bon équilibre.
Une méthode de rééquilibrage consiste pour les reins à augmenter l'excrétion de bicarbonate alcalin dans l'urine, ce qui compense la perte d'acidité respiratoire, aidant ainsi à rétablir l'équilibre acido-basique de l'organisme vers les valeurs du niveau de la mer. L'excrétion rénale du bicarbonate est un processus relativement lent. Par exemple, en passant du niveau de la mer à 4,300 14,110 m (3 XNUMX pieds), l'acclimatation nécessite de sept à dix jours (figure XNUMX). Cette action des reins, qui réduit l'inhibition alcaline de la ventilation, était autrefois considérée comme la principale raison de la lente augmentation de la ventilation après l'ascension, mais des recherches plus récentes attribuent un rôle dominant à une augmentation progressive de la sensibilité de la détection hypoxique. capacité des corps carotidiens durant les premières heures à quelques jours suivant la montée en altitude. C'est l'intervalle de acclimatation ventilatoire. Le processus d'acclimatation permet, en effet, à la ventilation d'augmenter en réponse à une faible pression artérielle en oxygène, même si le CO2 la pression baisse. Au fur et à mesure que la ventilation augmente et que le CO2 la pression chute avec l'acclimatation à l'altitude, il en résulte une augmentation concomitante de la pression d'oxygène dans les alvéoles pulmonaires et le sang artériel.
Figure 3. Évolution temporelle de l'acclimatation ventilatoire pour des sujets au niveau de la mer conduits à 4,300 XNUMX m d'altitude
En raison de la possibilité d'une dépression ventilatoire hypoxique transitoire en altitude et du fait que l'acclimatation est un processus qui ne commence qu'à l'entrée dans un environnement pauvre en oxygène, la pression artérielle minimale en oxygène se produit à l'arrivée en altitude. Par la suite, la pression artérielle en oxygène augmente relativement rapidement pendant les premiers jours et augmente ensuite plus lentement, comme dans la figure 3. Parce que l'hypoxie est pire peu après l'arrivée, la léthargie et les symptômes qui accompagnent l'exposition à l'altitude sont également pires pendant les premières heures et jours. . Avec l'acclimatation, un sentiment de bien-être restauré se développe généralement.
Le temps nécessaire à l'acclimatation augmente avec l'augmentation de l'altitude, conformément au concept selon lequel une plus grande augmentation de la ventilation et des ajustements acido-basiques nécessitent des intervalles plus longs pour que la compensation rénale se produise. Ainsi, alors que l'acclimatation peut nécessiter de trois à cinq jours pour qu'un natif du niveau de la mer s'acclimate à 3,000 6,000 m, pour des altitudes supérieures à 8,000 4 à XNUMX XNUMX m, une acclimatation complète, même si elle est possible, peut nécessiter six semaines ou plus (figure XNUMX). Lorsque la personne acclimatée à l'altitude revient au niveau de la mer, le processus s'inverse. C'est-à-dire que la pression artérielle en oxygène s'élève maintenant à la valeur du niveau de la mer et que la ventilation chute. Maintenant il y a moins de CO2 expiré, et CO2 la pression monte dans le sang et dans le centre respiratoire. L'équilibre acido-basique est altéré du côté acide et les reins doivent retenir le bicarbonate pour rétablir l'équilibre. Bien que le temps nécessaire à la perte d'acclimatation ne soit pas aussi bien compris, il semble nécessiter un intervalle à peu près aussi long que le processus d'acclimatation lui-même. Si tel est le cas, le retour d'altitude donne hypothétiquement une image miroir de la montée en altitude, à une exception près : les pressions artérielles en oxygène deviennent immédiatement normales lors de la descente.
Figure 4. Effets de l'altitude sur la pression barométrique et la PO2 inspirée
Variabilité entre les individus
Comme on pouvait s'y attendre, les individus varient en ce qui concerne le temps nécessaire et l'ampleur de l'acclimatation ventilatoire à une altitude donnée. Une raison très importante est la grande variation entre les individus dans la réponse ventilatoire à l'hypoxie. Par exemple, au niveau de la mer, si l'on détient le CO2 pression constante, de sorte qu'elle ne confond pas la réponse ventilatoire à un manque d'oxygène, certaines personnes normales montrent peu ou pas d'augmentation de la ventilation, tandis que d'autres montrent une très forte augmentation (jusqu'à cinq fois). La réponse ventilatoire à la respiration de mélanges à faible teneur en oxygène semble être une caractéristique inhérente à un individu, car les membres de la famille se comportent plus de la même manière que les personnes non apparentées. Les personnes qui ont de mauvaises réponses ventilatoires à un faible taux d'oxygène au niveau de la mer, comme prévu, semblent également avoir des réponses ventilatoires plus faibles au fil du temps à haute altitude. Il peut y avoir d'autres facteurs causant la variabilité interindividuelle de l'acclimatation, tels que la variabilité de l'ampleur de la dépression ventilatoire, de la fonction du centre respiratoire, de la sensibilité aux changements acido-basiques et de la manipulation rénale du bicarbonate, mais ceux-ci n'ont pas été observés. été évalué.
Apnee
La mauvaise qualité du sommeil, en particulier avant l'acclimatation ventilatoire, est non seulement une plainte courante, mais aussi un facteur qui nuira à l'efficacité professionnelle. Beaucoup de choses interfèrent avec l'acte de respirer, y compris les émotions, l'activité physique, l'alimentation et le degré d'éveil. La ventilation diminue pendant le sommeil et la capacité de respiration à être stimulée par une faible teneur en oxygène ou une forte teneur en CO2 diminue également. Le rythme respiratoire et la profondeur de la respiration diminuent tous les deux. De plus, à haute altitude, où il y a moins de molécules d'oxygène dans l'air, la quantité d'oxygène stockée dans les alvéoles pulmonaires entre les respirations est moindre. Ainsi, si la respiration s'arrête pendant quelques secondes (appelée apnée, qui est un événement courant à haute altitude), la pression artérielle en oxygène chute plus rapidement qu'au niveau de la mer, où, par essence, le réservoir d'oxygène est plus important.
L'arrêt périodique de la respiration est presque universel au cours des premières nuits suivant l'ascension en haute altitude. Ceci est le reflet du dilemme respiratoire de l'altitude, décrit précédemment, fonctionnant de manière cyclique : la stimulation hypoxique augmente la ventilation, qui à son tour abaisse les niveaux de dioxyde de carbone, inhibe la respiration et augmente la stimulation hypoxique, qui stimule à nouveau la ventilation. Habituellement, il y a une période d'apnée de 15 à 30 secondes, suivie de plusieurs respirations très larges, qui réveillent souvent brièvement le sujet, après quoi il y a une autre apnée. La pression artérielle en oxygène tombe parfois à des niveaux alarmants en raison des périodes d'apnée. Les réveils peuvent être fréquents, et même lorsque la durée totale du sommeil est normale, sa fragmentation altère la qualité du sommeil de sorte qu'on a l'impression d'avoir eu une nuit agitée ou sans sommeil. L'apport d'oxygène élimine le cycle de stimulation hypoxique et l'inhibition alcalotique supprime la respiration périodique et rétablit le sommeil normal.
Les hommes d'âge moyen en particulier sont également à risque pour une autre cause d'apnée, à savoir l'obstruction intermittente des voies respiratoires supérieures, la cause fréquente du ronflement. Alors qu'une obstruction intermittente à l'arrière des voies nasales ne provoque généralement qu'un bruit gênant au niveau de la mer, à haute altitude, où le réservoir d'oxygène dans les poumons est plus petit, une telle obstruction peut entraîner des niveaux très bas de pression artérielle en oxygène et un sommeil de mauvaise qualité. qualité.
Exposition intermittente
Il existe des situations de travail, notamment dans les Andes d'Amérique du Sud, qui obligent un travailleur à passer plusieurs jours à des altitudes supérieures à 3,000 4,000 à 14 XNUMX m, puis à passer plusieurs jours chez lui, au niveau de la mer. Les horaires de travail particuliers (combien de jours doivent être passés en altitude, disons de quatre à XNUMX, et combien de jours, disons de trois à sept, au niveau de la mer) sont généralement déterminés par l'économie du lieu de travail plus que par des considérations de santé. Cependant, un facteur à considérer dans l'économie est l'intervalle requis à la fois pour l'acclimatation et la perte d'acclimatation à l'altitude en question. Une attention particulière doit être accordée au sentiment de bien-être et à la performance du travailleur au travail à son arrivée et le premier jour ou les deux suivants, en ce qui concerne la fatigue, le temps nécessaire pour effectuer des tâches routinières et non routinières et les erreurs commises. Des stratégies doivent également être envisagées pour minimiser le temps nécessaire à l'acclimatation en altitude et pour améliorer la fonction pendant les heures d'éveil.