Fyziologie extrémních stavů 

Václav Hampl

Moje poznámky k přednášce jen mírně upravené pro WWW (takže všechno nemusí být úplně srozumitelné tomu, kdo nebyl na přednášce). Dotazy či připomínky e-mailem.

Většina dosud probírané fysiologie je "fysiologie všednodenního života v civilizovaném světě".
Teď bude řeč o tom, co se v nás děje, když "vyrazíme za hranice všedního dne".

Jaké extrémní stavy mohou být?

Snad každá veličina zevního prostředí může nabýt extrémních hodnot, některé z častějších jsou:

• Nízký atmosférický tlak (hypoxie)
• Přetlak (potápění)
• Přetížení (gravitační)
• Beztíže (vesmírné lety)
• Horko (vlhké, suché)
• Chlad (anestézie, hory, polární výpravy, ztroskotání)
• Hladovění
• Voda (ztroskotání v moři)
• Letadla (náhlý podtlak, radiace, jet lag)
• Hluk
• Trauma
• Znečištěný vzduch (města, výroba)
• Radiace - nejsou popsány adaptace na ionizující záření
• atd.

Stádia odpovědi na extrémní expozici:

Akutní ("poplachová") reakce		Maximální využití rezerv, nespecifická stresová odpověď		např. pád do ledové vody
nebývá trvale udržitelná				např. trosečníci z Titanicu
Adaptace (odolnost)		Rozvoj nejvhodnějších specifických způsobů ochrany		např. otužilci ve Vltavě
Vyčerpání		Příliš dlouhá/silná expozice		např. ani otužilci by nepřežili ztroskotání Titanicu
"Vývojové" přizpůsobení		Postupné přizpůsobování druhu/populace po mnoho generací		např. Eskymáci odolnější k zimě

---

Z historie

• Pater José de Acosta 1539-1600 popsal na sobě akutní výškovou nemoc (1590 v Andách)
• Balóny: 15. dubna 1875 Zenith (Crocé-Spinelli & Sivel zemřeli v 8000 m, Tissandier přežil)

---

Vysoká nadmořská výška (nízký parciální tlak kyslíku)

• velehory, plicní a srdeční nemoci, dekomprese letadla
• v kabině dopravních letadel normálně bývá tlak odpovídající nadmořské výšce 1800-2500 m, což může být problém pro pacienty s chronickým srdečním nebo respiračním selháváním
• některé husy každoročně přelétávají Himaláje

• hypoxie (21 % O₂ až do 110 km; ale vzduch je stlačitelný, proto je ve stejném objemu víc molekul - tedy i víc molekul O₂ - nízko než vysoko)
• chlad (~1^oC na 150 m)
• sluneční záření (účinky značně zvýšené odrazem od sněhu)
• menší část UV záření odfiltrována vzduchem
• koncentrace bakterií a alergenů ve vzduchu klesá s výškou (skoro žádné bakterie na Jungfrajouch 3450 m)

• Ztráta vědomí u neaklimatizovaných při SaO₂ cca 40-50 %
• Symptomy (výškový údaj platí pro neaklimatizované):

• Důležitý je pokles mentální výkonnosti (úsudek, paměť, jemná motorika) - to je zřejmě důležitým faktorem při nehodách na Everestu a dalších velehorách
• Tyto problémy nemusí být úplně nebo rychle reversibilní:
  Americká lékařská výzkumná expedice na Everest našla přetrvávající abnormality některých kognitivních funkcí ještě rok po návratu z vysoké nadmořské výšky
• Srdce snáší výškovou hypoxii překvapivě dobře (a výšky do 3 000 m jsou dobré na hypertenzi)

Aklimatizace

• Zmenšená strmost "kyslíkové kaskády"

1. Zvýšená plicní ventilace: (zmenšuje rozdíl mezi vdechovaným a alveolárním PO₂) (karotická tělíska)

• Pokles PCO2 při hyperventilaci posunuje disociační křivku Hb doleva (lepší vazba O2 při nižším PO2)
• Obvykle teprve nad 3000 m
• Akutní zvýšení ventilace vydýchá CO₂, tím roste pH, alkalóza tlumí respirační centrum
• Příčina aklimatizace (setrvalého zvýšení ventilace) je asi klesající bikarbonát v CSF, tedy pokles pH
• Hyperventilační odpověď asi není pro adaptaci na hypoxii nezbytná, protože někteří špičkoví horolezci jí mají slabou (např. Peter Habeler, který první vylezl na Everest bez kyslíku - s Messnerem v roce 1978)
• Domorodci z vysoké výšky mají ventilační odpověď na hypoxii slabší než lidé z nížiny

Hyperplasie karotických tělísek

2. Zvýšený hematokrit (+zvýšený objem krve)

Z počátku Hb roste v důsledku poklesu objemu plasmy způsobenému dehydratací (tendence málo pít + větší ztráty vody hyperventilací), pak přibude zvýšená tvorba krvinek

Erytropoietin a tvorba krvinek stoupá už do 2 hodin od začátku hypoxie; s tím i střevní absorpce železa

Zvýšená viskozita (+ zvýšená srážlivost) zvyšuje riziko mrtvice a thromboembolií

3. Zvýšená difuse plynů ze vzduchu do krve v plicích:

• normální hodnota cca 21 ml O₂/mmHg/min se zvýší až 3x
• roztažení plic - větší povrch alveolů
• plicní hypertenze tlačí krev i tamtudy, kudy normálně moc neteče (hořejšek plic)
• Při námaze v extrémní výšce může být difuse limitujícím faktorem okysličování - malý rozdíl PO₂ mezi alveoly a krví při zrychleném průchodu krve kapilárami

4. Zvýšená vaskularizace tkání (výraznější u těch, co se v hypoxii už narodili) zkracuje difuzní dráhu v tkáních, asi proto lehký pokles systémového tlaku (~10 mmHg)

5. Zvýšená extrakce kyslíku ve tkáních: ne moc jasné

• Tělesná hmotnost: hubnutí (anorexie, dehydratace); pomalejší růst, ale plíce rostou víc (takže jsou podobné jako v nížině; to zvětšuje plochu pro difúzi O₂)
• prvních pár dní v hypoxii je zvýšený srdeční výdej (lepší perfúze plic i tkání), pak se normalizuje s růstem hematokritu
• hypoxická plicní vazokonstrikce - plicní hypertenze, periferní muskularizace plicních cév, hypertrofie pravé srdeční komory
• snížená fertilita, menstruační poruchy, menší novorozenci (hypoxická fetoplacentární vazokonstrikce???)
• u dětí narozených ve velehorách je velmi často neuzavřený ductus arteriosus (při narození se zavírá normoxií, když ta "chybí", nezavře se)

Přizpůsobení populací

• Lidé žijící ve výšce od narození jsou ještě lépe adaptovaní než lidé z nížiny třeba i po 10 letech (velký hrudník, malé tělo)

Poruchy adaptace

• Akutní výšková choroba častá po výstupu do výšky, zejména náhlém (17-24 % lidí v 2500 m, až 67% v 4300 m)
  • Příčiny: ne úplně jasné, ale v podstatě asi mírný edém mozku (a plic a nohou) pravděpodobně z příliš silné hypoxické vazodilatace a v důsledku oligurie nejasného původu - retence sodíku a vody
  • Příznaky (nástup obvykle do 4 hod, ale často až po 12-24 hod, vrcholí 2-3 den) - aspoň 3 z těchto:

    - bolest hlavy (nejčastější [u ~70% lidí nad 2500 m], někdy velmi silná)

    - nespavost (u >30% případů)

    - únava (u <30% případů)

    - dyspnea, hlavně při námaze (u ~20% případů); SaO₂ bývá skoro normální

    - závratě (u ~20% případů)

    - nechutenství (u <5% případů)

    - nausea, zvracení (u <5% případů), v těžších případech může vést k dehydrataci

    - desorientace

    - nesoustředěnost

    - oligurie

    - kašel

    - hrudní bolest

    - tachykardie, palpitace

    - edém nohou

  • Léčba:

    Obvykle ustupuje spontánně během 3-4 dní, ale je hodně nepříjemná

    O₂ moc nepomáhá, chce to diuretika a hlavně klid

    Zastavit výstup do odeznění symptomů

    Nepoleví-li symptomy, sestoupit

    Paracetamol

  • Prevence: pomalý výstup

    u některých lidí inhibitor karboanhydrázy acetazolamid 125-250 mg 2x denně (zvyšuje exkreci bikarbonátu do moči - metabolická acidosa - stimulace dýchání)

  • Vzácně vzniká těžší výškový edém mozku, někdy společně s HAPE:
    Symptomy připomínají hypothermii (se kterou může být snadno zaměněn): silná bolest hlavy, iracionalita, zmatenost, halucinace, cerebelární ataxie (chaotické pohyby), retinální krvácení, papiloedém
    Bez léčby (O₂, sestup, dexametason 8 mg hned a pak 4 mg každých 8 hod) je fatální
    
    
    
• Chronická výšková choroba - občas když trvá výška moc dlouho

  - Co se děje:

  excesivní polycytémie silná plicní hypertenze silná hypertrofie pravé komory městnavé pravostranné srdeční selhání

  - Příčiny nejasné, asi moc silná "adaptace" (slabé mechanismy limitující adaptaci, jako NO, PGI2,...?)

  
  

• Výškový plicní edém (HAPE - High Altitude Pulmonary Edema) u některých lidí (<1%) po náhlém výstupu do výšky (po pár hod až 2 dnech)
  • převládá u mladých mužů
  • obvykle vyprovokováno námahou hned po příjezdu do výšky (třeba i jen lyžování nad 2500 m !)
  • asi příliš silná hypoxická plicní vazokonstrikce jen v některých částech plic, následkem toho příliš vysoký tlak v nekontrahovaných částech plic, který filtruje tekutinu do alveolů - tím se zhoršuje hypoxie a celé se to zacyklí
  • progresivní dyspnea, kašel (nejdříve neproduktivní, po pár dnech produktivní - bílé sputum, případně trošku zbarvené krví), poruchy úsudku (kvůli hypoxii), cyanóza, horečka do 38.5^oC
  • bez O₂ anebo transportu do nížiny se to těžko dá přežít, diuretika moc nepomáhají
  • navíc nifedipin 20 mg každých 8 hod (redukuje plicní hypertenzi)
    
    
    
• Extrémní výšky (nad ~5800 m): nelze se adaptovat, jde o patologické stimuly způsobující rychlé zhoršování skoro všeho (výkon, mentální stav, anorexie, vyčerpání, dyspnea, bolesti hlavy);
  nízká humidita - dehydratace (v 5800 m je při práci potřeba 5 l/den);
  sněžná slepota (z UV odrazu od sněhu, oči bolí a nelze je otevřít proti světlu)
  
  
• Nad 7900 m jde jen o prežití, vážné mentální problémy (halucinace, absence náhledu) + extrémní zima
  
  
• Náhlá expozice (dekomprese letadla): v 10 000 m může člověk ztratit vědomí za 30 sec

Prevence

• Hlavně první den "take it easy"
• Nad 3 000 m nestoupat víc než 300 m/den
• Odpočívat každý třetí den
• Hodně pít, ale ne alkohol
• Případně acetazolamid před výstupem
• Při symptomech akutní výškové nemoci zastavit a pokud symptomy nevymizí do 24 hod, sestoupit alespoň o 500 m
• Asthmatici: zvýšit profylaktickou dávku steroidů, mít sebou bohatou zásobu inhalátorů

WWW odkazy o výškové hypoxii (anglicky)

• Pěkný článek o výškové hypoxii je na serveru BMJ
• High altitude medicine guide
• International Society For Mountain Medicine
• Commission for Mountain Emergency Medicine MEDCOM)
• High-Altitude Medicine by M.D. Harris, J. Terrio, W. F. Miser, and J. F. Yetter in American Family Physician (April 1998)