抽象的
对于缺氧的非常高的呼吸反应被认为是在没有氧气的情况下到达极端海拔的必要条件。另外,过度的通风可能会适得其反,因为过早地耗尽呼吸储备。
为了验证这些方法,11名优秀的登山者(2004年珠穆朗玛- k2意大利探险队)被评估如下:1)在海平面,2)在5200米,经过15天的海拔适应。测量静息氧饱和度、分次通气、呼吸频率、低氧通气反应、最大自愿通气、呼吸储备(氧饱和度为70%时)和呼吸效率两个指标。
在最后一次测量后,珠穆朗玛峰和K2峰会分别达到29和61天。5个登山者,没有氧气,其他六个没有,或成功氧气(两个登山者)。在海平面,所有数据都是相似的。与其他登山者相比,在5,200米的5,200米没有氧气的休息时间通风,呼吸率和通风效应,呼吸率和通气效率较高。
因此,较成功的登山者在5200米的适应过程中对缺氧的反应较小,但结果是,有更大的可用储备用于登顶。较不敏感的低氧反应和较高的呼吸效率可能增加呼吸储备,并允许在极端缺氧的峰顶持续通气。
在高海拔地区,氧气分压减少(PO2)导致动脉去饱和;呼吸是由动脉化学受体驱动的,而不是由二氧化碳的髓腔分压(P有限公司2),加上任何体力消耗,所需增加的通风是非常大的1,2.
先前的研究表明,高氧呼吸反应(HVR)有助于在高海拔地区进行工作1,2.通过扩展,通常认为,由于除去二氧化碳所需的通气极端增加并增加动脉氧数压力(P啊,一个2).然而,即使有良好的适应能力,对缺氧的极度敏感性可能会刺激微小的通风(V 'E)接近或超过可持续极限(例如接近最大自愿通风(MVV)定义为可保持12秒的最大通风3.).
自1978年以来,几名登山者已经达到了没有氧气的MT珠穆朗玛峰的峰会,但是,对于当前的作者的知识,有很少的信息(除非4)关于这些受试者的呼吸系统。
我们可以假设,在没有氧气的情况下,达到极端高度的可能性更大的受试者将是那些HVR最高的人,因为他们的能力会增加P啊,一个2通过通风的最大增加。或者,可以假设这些受试者将接近其限制(例如MVV)在相对较低的海拔地区,而具有快速但不过度通气刺激的受试者可以将可持续的通风保持在极端高度。如果相对较低的通气与较高的通气效率相关联,这可能是可能的。
参加最近意大利珠穆朗玛峰的机会(2004年春季夏季夏季)允许现有作者在其适应之前和期间测试相对较多的精英登山者。然后,该研究测试了可以达到没有氧的最高峰的登山者的特征在于对缺氧的较高或较低的逆转敏感性,与那些没有成功或需要补充氧的人相比。该研究还测试了成功登山者是否具有更有效的呼吸,以及甚至在暴露于高海拔之前存在的任何差异,或者仅在适应期间变得明显。
方法
主题
本研究经机构伦理委员会批准,所有受试者均知情同意参与。研究人员对11名曾在阿尔卑斯山、喜马拉雅山脉和安第斯山脉攀登过的意大利男性精英登山者进行了研究。所有的研究对象都是健康的、不吸烟的,在研究之前和研究期间都没有服用任何药物或药物。人体测量数据见表1⇓.
协议
所有受试者都在坐姿,在环境温度和湿度下,如下:1)在海拔,探险前1个月;2)在5,200米,在海拔15天后,在海拔60天,在北面珠穆朗玛峰大地营地(5,200米)到达3,800和5,200米和9天的海拔6天。即。适应过程应该已经开始了。在第二次评估后,登山者们到达了更高的营地,直到29天后登上珠穆朗玛峰(8848米)。之后,他们在2周内降落到海拔高度为5000米的K2基地。经过61天的第二次评估,他们终于登上了乔戈里峰(8611米)。
记录时间:1)自主呼吸(无气速仪4min,有气速仪4min);2)缓慢呼吸,每次6次·分钟−1(2分钟);3) 12岁MVV;4)缓慢的肺活量调动;5)进行性等碳低氧(动脉氧饱和度(年代啊,一个2)从静止值到70%)。这是通过再呼吸回路获得的,其中将过期空气的可变部分通过在返回再呼吸袋之前含有钠石灰的储液器,以保持末端潮汐二氧化碳压力(P等,公司2)夹紧在4.8 kPa (36mmhg;在海平面和海拔都可以达到的值)。HVR被评价为与通气增加和氧饱和度下降相关的线性回归线的斜率5.在录音2到5期间,通过连接吹口的加热的flesish气速记录仪(Metabo, epalinge, Switzerland)监测呼气流量。在所有记录中,氧饱和度(3740 Ohmeda脉搏血氧仪;Ohmeda, Englewood, CO, USA)和过期CO2(COSMOplus;Novametrix, Wallingford, CT,美国;在记录过程中,监测连接到喉头或鼻管的情况,以及心电图(通过胸部导联)和血压(通过血压计)。在第一次记录中,呼吸被感应带监测6在胸部周围,为了测量呼吸速率,没有肺炎血管诱导的可能伪星物7.每次换气后用3-L注射器重新校准气速记录仪。二氧化碳记录仪在每个受试者之前和之后用已知的气体基准(5% CO)进行校准2气体混合物)。用呼吸100% O2混合物。在300个样本的Macintosh G3上获取所有信号·s−1.交互式软件分析的作者之一(L. Bernardi)计算平均心率,潮气量(VT),V 'E,平均呼气CO2,P等,公司2,年代啊,一个2,根据之前的公式,每次呼吸3.,每个序列。在海平面记录期间,受试者通过标准方法进行了简单的血液学检查,以评估血红蛋白含量,红细胞计数和血细胞比容。
通气效率
通风效率可以用不同的方法来定义。在海平面上,通过死腔/潮气量比(VD/VT),通过测量一氧化碳2动脉血液和过期空气中的水平3.,8.目前的作者获得了这个变量的简单间接估计,类似于标准商业方法,通过单一呼吸测试“SBT-CO”2和玻尔公式8:VD/VTestimated= (P,有限公司2- - - - - -Pē,co.2) /P,有限公司2(在哪里P,有限公司2是动脉的无创评估吗P有限公司2,基于终点P有限公司2,Pē,co.2是混合过期CO2).此外,目前的作者定义了一个简单的、全面的、无创的通气效率评估,相对于特定水平的环境缺氧,即达到给定水平的氧饱和度所需的通气量。这被评估为简单比率年代啊,一个2/V 'E.
统计分析
数据以平均值±表示SD.并通过混合设计ANOVA分析(两组重复措施9),以测试不同群体之间以及海平面和海拔之间的差异。由于2×2比较(两组两条件),当用方差分析确定整体显著性时,通过非配对(组间)和配对(条件间)t检验可以得到准确的显著性水平。
结果
研究的11个受试者中的五种(永远everest n = 2,K2 n = 2)或两者(n = 1)峰值,没有氧气补充。其余六个受试者中的两个达到了MT珠穆朗玛峰峰会,但需要氧气补充。因此,本作者将登山者分为两组:“没有氧气的首脑会议者”(五个受试者)和“其他登山者”(六个受试者)。
这些组的主要人体测量和血液学特征不不同(表1⇑).在海平面上,两组之间的任何变量都没有显著差异(表2)⇓).
在高原停留15天后,所有受试者的静息通气和低氧通气反应增加,而低氧通气反应降低P等,公司2和年代啊,一个2水平与海平面相比。然而,“没有氧气的首脑技术人员”表现出显着较低V 'E,降低呼吸率,低HVR和更高P等,公司2水平(表3⇓).即使对体表面积进行校正后,呼吸变量的差异仍然存在(表3)⇓).对身高、身体质量指数和体重的校正也得到了类似的结果(表格中没有报告)。“无氧高峰”组的呼吸储备明显升高(图1)⇑).这一比率年代啊,一个2/V 'E在“无氧高峰”组中也较高,而VD/VT比率较低。生命能力和最大自愿通风没有显着差异。在高度,通风储备与透气储备之间的显着相关性年代啊,一个2/V 'E(图2⇓)被发现。
与自发的呼吸相比,慢呼吸增加了年代啊,一个2/V 'E比率降低了VD/VT在“其他攀登者”组中,使得数值不再与“无氧登山者”组不同。正如预期的那样,暴露在缺氧环境中往往会增加心率和血压,但在“无氧高峰”组,这种增加不太明显(表2)⇑和3⇑).
讨论
主要发现
可以达到没有氧的最高峰的登山者的特征在于对缺氧的较低的通气敏感性,与那些没有成功或不需要补充氧的人相比。他们还表现出较慢的呼吸率,更低V 'E,更有效的呼吸和更高的呼吸储备。所有这些差异只有在适应过程中才变得明显,这可能表明对长时间缺氧的适应性(而非结构性)反应的结果。
可能的解释
对缺氧的敏感性降低增加了极端高度的通风储备
通气不可能无限期增加,对缺氧有很高通气反应的受试者可能在较低海拔达到通气极限。目前的作者将这一限制设置为MVV,并计算了一个通气储备值,作为该值与相对于的通气水平之间的差值年代啊,一个2(70%)在珠穆朗玛峰峰会发现2.Figure 1⇑结果表明,在高HVR组(“其他攀登者”组),通气与MVV相当接近年代啊,一个2达到70%。因此,在上升到极端高度时,它们可能会增加通风,靠近他们的个体限制(通过耗尽它们的储备)已经在峰会下方的高度升高,然后被迫下降或使用补充氧气。
相反,“无氧峰顶”(由于其对缺氧的敏感性相对较低)可以在攀登更高海拔时逐渐增加通风,因此仅在峰顶达到非常高的通风水平,但仍然低于其极限。
实际上,即使在缺氧刺激期间,在3,800-5,200米处于适应性的前15天的前15天的通风测量也不会准确反映在极端高度以达到的通风。相反,进一步适应将继续作为时间和高度的函数进行,结果增加了对缺氧的通风敏感性并进一步降低了所有受试者的通风储备。然而,那些储备最低的人将在较低的海拔地区倾向于排除其储备。
尽管较低V 'E,“成功登山者”组的受试者也有类似的症状年代啊,一个2水平,表明降低了V 'E可以通过更高的通气效率来补偿。
低氧敏感性和高通气储备与较高的通气效率相关
适应15 d后,“成功攀登者”组的呼吸效率指标均优于“其他攀登者”组。以及VD/VT比率(众所周知的效率指标),本作者还计算了另一个指数(年代啊,一个2/V 'E比率),表达需要多少通风以将氧气饱和增加到给定值。在海平面,由于环境的高值PO2的变化年代啊,一个2尽管在通风方面有很大的变化,但仍然非常小。然而,在高海拔地区,年代啊,一个2是更具变量,并且基本上取决于肺泡通风的水平。高效的呼吸图案(以较低的总死空间/总通气的表征)将需要较低的总(肺泡+死区)通气,以获得给定水平的年代啊,一个2.虽然肺泡通气不能直接测量,但这两项效率指标表明,“成功登山者”在适应海拔过程中肺泡通气/总通气的相对比例较高。
呼吸速度较慢,可以将HVR较低,呼吸效率较低
发现效率增加和较高的通风储备有关(图2⇑).常见的潜在因子可能是呼吸率,在适应期间,在“没有氧气的总结器”中显着降低(表3⇑).缓慢和/或深呼吸可以改善海平面的煤气交换6,8,10- - - - - -14,高度15.在实验模型中16.,此外,较慢的呼吸会降低HVR17.,18..“没有氧气的首脑官员”中的呼吸速率下降不是喉舌引起的人工制品7.即使只用感应带进行记录,这种差异仍然存在(表2)⇑和3⇑)没有喉舌。
当所有受试者被迫以固定的缓慢呼吸速率呼吸时,可以看到呼吸率减缓速度的重要性(6呼吸·min−1):透气效率的索引(VD/VT和年代啊,一个2/V 'E)在“其他登山者”组中有所改善,即使在高度也消失了所有群体差异(表3⇑).这些发现显然是暂时的,但可以通过特定呼吸训练维持类似的效果6,18..
随着海拔高度和缺氧的增加,呼吸频率预计会增加;但是,优点是保持相对较低的呼吸频率和比例较高的VT依然存在。这可以预期的较低V 'E70%年代啊,一个2,在“没有氧气的首脑会议者”(图1⇑).
除了较慢的呼吸频率外,“无氧高峰”组的受试者从海平面到海拔高度的心率和血压增长也较低(表2)⇑和3⇑).因为化疗反射和气压反射之间的相互影响19.这些发现表明,随着通风的增加,这些受试者的需求较低,可以增加交感神经激活,这有助于保持极端高度的运动能力。进一步的研究是必要的,以便在更深入地细节中审查在类似对象中适应高海拔的心血管控制。
对缺氧的高度敏感性可能适得其反
来自肺泡空气方程1,2众所周知,在极端海拔高度,需要非常高的通风,以驱动P有限公司2低于足够低的水平以保持肺泡PO2兼容的生活。因此,在中高海拔地区,呼吸响应越高,攀爬性能越好1.然而,已经发现随着通气的增加,呼吸功也会增加,并且存在一个临界通气水平,在该水平上呼吸功的增加会减弱动脉功的增加PO220..同样,具有非常高的HVR的受试者可能会产生更大的呼吸作品,这可能是极端高度的反补贴21..这是在5,050米处锻炼的一组受试者中证明,其中仅在高海拔地区(与海平面相比)的最大通气增加的受试者仍然低于他在运动期间的关键通风22..因此,当通气通风的增加仍然低于临界限制时,非常高的HVR在中间中间海拔高度中是有用的,而在极端高度的情况下,过度呼吸的代谢成本可能是适得其反的。
传统上通过在恒定的CO呼吸来评估HVR2(见方法)。在现实生活中,过度通气导致的低碳酸血症反过来又减少了呼吸刺激,从而维持了呼吸储备。然而,如果这种影响是决定性的,它应该有利于那些呼吸反应较高的受试者。相反,目前的研究结果表明,如果不同时提高效率,增加通风是没有什么好处的。
结论
在没有补充氧气的情况下达到最高海拔的一个关键条件似乎是高通气效率,这可能会限制过度增加通气的刺激。这可能有几个重要的好处,如下:1)它减少了呼吸的工作,这在极端的高度,变得非常相关,并可能取消增加通风的好处20.- - - - - -22.;2)它减少了热交换器,因此,热损失1;3)它允许足够的通风储备来允许在极端缺氧将否则刺激超出可持续价值的通风的高度的所需通风。
这些发现与功能良好的HVR是必要的这一概念相一致1爬升到一个高度,一个非常敏捷的反应对于在中间高度进行工作当然是有用的。然而,目前的研究结果表明,HVR仅应适度增加,以便在极端缺氧水平下允许非常高(但可持续)的通气。高通气效率对维持足够的动脉水平至关重要PO2尽管增加了较低V 'E.在这方面,呼吸率较慢可能是一个重要因素,因为它结合了效率的提高和HVR的减少。只有在惯例开始时,登山者之间的差异就明显了,这表明这是不同适应策略的结果。
这些发现具有实际意义。慢呼吸训练可以加快和简化适应高海拔的过程,并通过提高呼吸效率,甚至在海平面上,帮助抵御严重的低氧血症。这可能适用于相关的心血管和呼吸系统疾病,如慢性心力衰竭6,23.,24.和慢性阻塞性肺病25.,26..
总之,没有氧气的首脑公司可能无意中采用了一种呼吸策略,使他们在适应期间保持更高的通气效率,也许是缺氧通气反应的增加。这可能给了他们足够的通风储备来爬上含氧。因此,如果优化通风效率,则可能在没有氧气的极端缺氧中爬出非常高的缺氧通气反应。
致谢
作者谨代表探险队所有成员感谢A. da Polenza (Ev-K2-CNR项目,“K2-2004 50年后”意大利珠峰和乔戈里峰探险队负责人)和E. Bernieri (IMONT)资助了这项研究并提供了技术和后勤支持。作者非常感谢P. Sleight(英国牛津大学)修改了英语。
- 收到了2005年2月11日。
- 接受2005年9月2日。
- ©ers Journals Ltd