Může se anesteziolog poučit z fyziologie extrémních výšek? Pavel Ševčík ARK FN Ostrava a LF Ostravské univerzity
Extrémní výšky jsou prostředím • Hypobarickým • Hypoxickým
• Mrazivým • Větrným • Suchým • Plným UV záření • Je to totálně nebezpečné prostředí
„It is an extraordinary coincidence that the highest point on Earth is very close to the limit of human tolerance to hypoxia.“ John B. West. Human responses to extreme altitudes. Integrative and Comparative Biology 2006;46(1):25-34.
Vysvětlení ? • Evoluční vysvětlení pro to nemáme • Neexistuje jakákoli výhoda pro přežívání ve výškách nad 6000 m • Není tam ani potrava ani jiné vhodné komodity • Lezou tam „pouze“ horolezci „protože velehory tu jsou“ West JB. Everest – The Testing Place. McGraw-Hill, 1985
Tři způsoby odpovědi lidského organismu na velkou výšku • Aklimatizace na velkou výšku • Evoluční adaptace na velkou výšku • Fyziologické odpovědi na extrémní výšku
West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Aklimatizace na velkou výšku • Týká se obyvatelů nížin • Funguje do 5000 m • Hyperventilace
• Téměř kompletní renální kompenzace RAL • Polycytémie
• Zvýšení intracelulárních oxidativních enzymů • V některých tkáních zmenšení interkapilárních difúzních vzdáleností West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Evoluční adaptace • Obyvatelé vysokých poloh – po generace v Tibetu, v jihoamerických Andách • Do výšky 5000 m (La Riconada – Peru 5100 m, důl Aucanquilcha – severní Chile 5950 m) • Hyperventilace (menší u nejlépe adaptovaných) • Kompletní renální kompenzace RAL • Polycytémie (menší u nejlépe adaptovaných) • Změny v intracelulárních oxidativních enzymech West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Fyziologická odpověď • Nad 7000 m (extrémní výšky) • Extrémní hyperventilace • Výrazná RAL • Neúplná renální kompenzace • Zvýšená afinita kyslíku k Hb – důsledek alkalózy
• Velmi nízká maximální spotřeba O2 • Velké omezení anaerobního metabolismu • Výrazné ↓ hmotnosti a celkové postupné zhoršování stavu West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Aklimatizace na výšku • Navýšení ventilace – nejdůležitější • Intenzivní hypoxická stimulace chemoreceptorů • Po několika týdnech - PCO2 40→25 mmHg • CO2 – stejná produkce, zvýšená ventilace • Hyperventilace omezuje pokles alveolár. PO2 • Rychlý výstup do 5000 m - ↓ alveol. PO2 k 39
• Po 2 týdnech - ↑ alveol PO2 k 48 mmHg Rahn H, Otis AB. Man´s respiratory response during and after acclimatization to high altitude. Am J Physiol, 1949
Aklimatizace na výšku • Polycytémie – má mnohem menší význam než hyperventilace • Uvolnění EPO (ledviny) – indukováno HIF-1α • Odpověď na nízký arteriální PO2 • EPO stimuluje kostní dřeň – více erytrocytů • Je to pomalý proces – vyrovnaného stavu není dosaženo ani po několika týdnech • Časné ↑ ery v krvi (1.-2. den) - ↓ objemu plazmy West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Evoluční adaptace • Není to totéž co aklimatizace • Nicméně – je řada podobností • Rozdíly – Ve výskytu spánkem narušeného dýchání
– Adaptovaní obyvatelé rodí děti s téměř normální porodní váhou – Tibeťané mají menší plicní hypertenzi
– Tibeťané mají o něco nižší Hb než aklimatizovaní West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Aklimatizace a adaptace • Fyziologické změny při aklimatizaci nebo adaptaci pravděpodobně neumožňují lidem ve velkých výškách fungovat tak dobře jako u mořské hladiny
• „Všichni obyvatelé velkých výšek mají narušené fyzické i mentální schopnosti.“ • Vysvětlení – hodnoty PO2 jsou podstatně nižší než u mořské hladiny. Barcroft J. The respiratory function of the blood. Part I: Lessons form high altitudes. Cambridge University Press, 1925 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
Fyziologické změny v extrémních výškách • Fyziologické změny jsou mnohem výraznější
• Umožňují přežití • Organismus však postupně chátrá • Nejdůležitější terénní výzkum v extrémních výškách: AMREE – American Medical Research Expedition to Everest 1981 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE • Hypoxická ventilační odpověď (HVR) a tolerance extrémní výšky: • Tři muži s největší HVR dosáhli vrcholu Everestu jako první z celé expedice
West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE
Vztah mezi alveolárním PCO2 a barometric. tlakem v extrémních výškách… Všimněte si extrémně nízkého alveolár. PCO2 na vrcholu: 7-8 mmHg West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE
O2 - CO2 diagram ukazující změny v alveolárním PO2 a PCO2 od mořské hladiny k vrcholu Everestu. Nad 7000 m již nedochází k dalšímu ↓ PO2 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE • Hladina PO2 v krvi na Everestu byla vypočítána • Kapilární hodnoty byly 28-30 mmHg (nižší než hodnoty alveolární – vzhledem k limitaci difuse) • Limitace difuse: – Zkratování
– V/Q nepoměr – Subklinický výškový edém plic West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest. J Appl Physiol, 1983
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Výška Barometrický Vdech Alveolár Arteriál Arteriál Arteriál (metry) tlak PO2 PO2 PO2 PCO2 pH (mmHg) ___________________________________________________________________ 8848 (vrchol) 253 43 35 28 7,5 >7,70 Hladina moře
760
149
100
95
40
7,40
West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest. J Appl Physiol, 1983
Kyslíková kaskáda
PO2 < 8 kPa (= 60 mmHg) – práh pro respirační selhání. PaO2 v 8400 m byl 3,3 kPa (= 25 mmHg), PaCO2 bylo 1,8 kPa (= 8,1 mmHg) Grocott M et al. Art Blood Gases and O2 Content on Mt Everest. NEJM, 2009 Sandberg C, Naylor J. Respiratory Physiology at Altitude. J R Army Med C, 2011
Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE
Vztah mezi VO2 a vdechovaným PO2. Pro PO2 na vrcholu byl maximální VO2 stále nad 1 l.min-1 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983
Změny laktátu v extrémních výškách – AMREE v 6300 m • Pouze malé zvýšení z klidového (1,7 mmol/l) na 3,0 po maximální zátěži (1. zpráva z r. 1936)
• Nad 7000 m – nedochází ke zvýšení laktátu při maximální zátěži • Anaerobní metaolismus je vysoce omezen • Laktátový paradox (rozdíl od akutní hypoxie) West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983 Edwards HT. Lactic acid in rest and work at high altitude. Am J Physiol, 1936
Změny laktátu v extrémních výškách - AMREE
Maximální hladina laktátu v krvi (Lab) jako výsledek maximální zátěže ve vztahu k nadm. výšce. Extrapolace naznačuje, že nad cca 7000 m nedochází ke zvýšení Lab
West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983 Cerretelli PA et al. Anaerobic metabolism at high altitude. Springer, 1982
Neuropsychologické změny AMREE • CNS je k hypoxii velmi citlivý a zranitelný • Krátkodobá paměť se zhoršila. Navrátila se k normálu za 12 měsíců
• Schopnost jemné manipulace –po dlouhou dobu přetrvávaly abnormálity • Není možné aby CNS byl zcela nedotčen extrémními výškami West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
Další změny ve velkých výškách • Úbytek hmotnosti 0,5-1,5 kg/týd, 6-9 kg (i více) v průběhu expedice – nechutenství (mj. exprese HIF-1, ↑ hladin leptinu) – Střevní malabsorpce (někdy steatorrhea)
• Změny v náladách • Nespavost
• Pocit nedostatku dechu West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984
J R Army Med Corps 157(1); March 2011
High Altitude Pulmonary Oedema HAPE – výškový edém plic • Nekardiogenní PE následující po rychlém výstupu do středních a velkých výšek • Neaklimatizovaní obyvatelé nížin nebo vysokých poloh, kteří se vrátili z nízkých poloh (re-entry HAPE) • Incidence 2500 m
0,01 %
3600 m
1,9 %
4300 m
2,5-5 %
Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011
HAPE – incidence a mortalita • Incidence závisí na: – rychlosti výstupu – intenzitě zátěže – absolutní nabyté výšce (zejména výšce přespání)
– individuální náchylnosti
• Mortalita na AMS/HACE/HAPE – 0,12 %, ale tyto akutní choroby jsou rovněž faktorem přispívajícím k rozhodovacím chybám atd. Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011
HAPE - příznaky • 2-5 dní po výstupu do výšky • Excesivní dyspnoe při námaze → v klidu Klidová dušnost je vždy abnormální
• Suchý kašel → vlhký kašel → růžové zpěněné sputum • Tachykardie • Tachypnoe • Mírně zvýšená teplota Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011
HAPE - patofyziologie • HPV – PVR se zvyšuje v odpovědi na nízký PAO2 – při akutní expozici hypoxii – při aklimatizaci (= lowlanders) – při žití ve výškách (= highlanders)
• Globální plicní vazokonstrikce – základní etiologický faktor u HAPE • Druhý náraz – zánětlivé mediátory, zhoršená clearance alveolární tekutiny, permeabilita membrán • Zhoršená produkce NO, zvýšení endotelinu-1 Pollard A, Murdoch D. The High Altitude Medicine Hadbook, 3rd. Radcliffe 2003
HAPE - léčba • Sestup • Kyslík nebo hyperbarická léčba (Gamowův vak) • Udržení tělesné teploty • Minimalizace námahy • Nifedipin SR
• Inhibitory PDE-5 (?) • Léčba AMS – dexamethason, acetazolamid Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011 Bates MG et al. PDE-5 inhibitors in the treatment and prevention of HAPE. Curr Opin Investig Drugs 2007
Závěry • Dramatické změny během aklimatizace nejsou slučitelné s dlouhodobým přežitím • „Fyziologická odpověď na extrémní výšky by měla být chápána spíše jako úsilí organismu o přežití než jako úspěšná dlouhodobá adaptace na toto prostředí.“
West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006
www.czechhospital.cz
