تاثیر ارتفاع بر بدن

تأثیر ارتفاع بر فعالیتهای بدنی کوهنوردان

    آموزش اصولی کوهنوردی و همچنین آشنایی با اصول کوهنوردی از جمله موارد مهمی است که هر کوهنورد در مسیر رشد توان ذهنی و جسمی خود دنبال کند. در این مقاله سعی کردیم به شکل کامل به تاثیرات ارتفاع بر بدن کوهنوردان بپردازیم. لازم به ذکر است در بخش آموزش کوهنوردی می‌توانید با مهارت‌های مختلف حوزه کوهنوردی آشنا شوید.

 کاهش کل فشار بارومتری

    فشار هوا نیرویی است که توسط هوای بالای سطح بر سطح وارد می‌شود. هر چه از سطح دریا ارتفاع می‌گیریم و به ارتفاعات بالاتر می‌رسیم، به علت کاهش وزن اتمسفر یا جو، کل فشار بارومتری کاهش می‌یابد. این کاهش فشار بارومتریکی باعث کاهش فشار سهمی گاز اکسیژن می‌شود و کاهش فشار سهمی اکسیژن موجب کاسته شدن میزان اشباع خون سرخرگی از اکسیژن شده و در نتیجه مقدار کمتری اکسیژن در دسترس عضلات درگیر در فعالیت قرار می‌گیرد و باعث ناتوانی بعضی از افراد در ادامه فعالیت در ارتفاع می‌گردد.

فشار سهمی

    فشار اعمال شده توسط یک گاز در مخلوطی از چند گاز برابر فشاری است که توسط همان مقدار گاز به تنهایی ایجاد می‌کند؛ بنابراین فشار کل یک مخلوط گازی باید برابر مجموع فشار گازهایی باشد که آن مخلوط را تشکیل می‌دهد. اکسیژن حدود ۲۰/۹۶ درصد گازهای موجود در هوا را تشکیل می‌دهد، بنابراین فشار سهمی اکسیژن در شرایط طبیعی در هوا برابر با ۱۵۹/۲ میلی متر جیوه است.

    هر چه از سطح دریا بالاتر می‌رویم، نیروی جاذبه زمین نسبت به سطح دریا کمتر می‌شود و از نظر تئوری انرژی کمتری برای انجام فعالیت‌هایی مانند پرش ارتفاع و پرش با نیزه لازم است، اما در کوه‌نوردی تأثیر عملی بسیار ناچیزی دارد. ۲- کاهش فشار سهمی اکسیژن در صد اکسیژن آتمسفر ۲۰/۹۳ میلی‌متر جیوه است. صرف نظر از ارتفاع، این مقدار ثابت می‌ماند.

    یعنی تعداد مولکول‌های اکسیژن در واحد حجم کاهش می‌یابد و مفهوم آن این است که اگر بخواهیم همان تعداد مولکول اکسیژن که با یک بار تنفس در سطح دریا به بدن می‌رسد در ارتفاع بالا دریافت کنیم، باید هوای بیشتری را تنفس نماییم. کاهش فشار بارومتری باعث کاهش فشار سهمی اکسیژن می‌شود و کاهش فشار اکسیژن در ارتفاع بالا کاهش میزان اشباع خون سرخرگی از اکسیژن را به دنبال دارد.

    در نتیجه این مکانیسم، اکسیژن کمتری به اندام‌های فعال در هنگام کوهنوردی می‌رسد. از جنبه فیزیولوژیکی، کاهش فشار سهمی اکسیژن مهمترین عامل در رابطه با ارتفاع است؛ زیرا توان کاری کوهنورد تا حدود زیادی به توانایی جذب و مصرف سریع اکسیژن بستگی دارد. هنگامی که میزان اشباع خون سرخرگی از اکسیژن به ۲۵ تا ۵۰ درصد می‌رسد، به تدریج بیهوشی اتفاق می‌افتد. به همین علت کوهنوردان در ارتفاع بالاتر از ۶۰۰۰ متر از کپسول اکسیژن استفاده می‌کنند.

کاهش غلظت هوا

    وقتی که فشار هوا کم می‌شود، مولکول‌های تشکیل‌دهنده هوا از هم فاصله گرفته و باعث رقیق شدن هوا یا غلظت هوا می‌گردد. به عنوان مثال، کاهش غلظت هوا باعث کاهش مقاومت راه‌های تنفسی در برابر جریان ورود و خروج هوا از شش‌ها می‌گردد.

    این مکانیسم موجب می‌شود تا حجم هوای بیشتری از هوا هنگام فعالیت بدنی وارد شش‌ها شود بدون اینکه انرژی بیشتری برای این کار مصرف شود. کاهش غلظت هوا در رشته‌های ورزشی که مقاومت هوا یک عامل مؤثر است، به سود ورزشکاران است؛ مانند فعالیت‌های سرعتی، پرش‌ها و پرتاب‌ها و در فعالیت‌های کوه‌نوردی یک مکانیسم بازدارنده است. برای محاسبه فشار سهمی اکسیژن در اتمسفر، از فرمول زیر استفاده می‌شود:

فشار سهمی اکسیژن = فشار بارومتری × ( 20.96 / 100)

    در این فرمول، 20.96 درصد، غلظت اکسیژن در هوای خشک است.

سردی و خشکی هوا

    به طور کلی هوا در ارتفاع بالا و کوهستان سردتر و خشک‌تر است. به ازای هر ۱۵۰ متر ارتفاع، ۱ درجه هوا سردتر می‌شود. هوای سرد انجام فعالیت را لذت‌بخش‌تر می‌کند و در واقع می‌تواند به طولانی شدن زمان فعالیت کمک کند. هوای خشک نیز باعث از دست رفتن بیشتر آب از راه تنفس و در نهایت کم شدن آب بافت‌های بدن هنگام ورزش می‌شود.

    همچنین خشکی هوا ممکن است موجب خشکی دهان و گلوی کوهنوردان شود؛ زیرا خشکی هوا تبخیر آب بدن را سریع‌تر می‌کند و کوهنوردانی که به اشتباه با دهان تنفس می‌کنند، سریع‌تر به این عارضه دچار می‌شوند. در چنین ارتفاعی اگر به جای آب آشامیدنی از برف استفاده کنند، به دلیل نداشتن الکترولیت‌های لازم و مورد نیاز بدن، فرد دچار افت فشار و اسهال و سایر اختلالات سیستم گوارشی می‌گردد.

 آفتاب سوختگی و برف کوری

    تشعشع خورشید در ارتفاع بالا شدیدتر از سطح دریا بوده و سطح پوست بدن نیز خشک‌تر است و غلظت هوا نیز کمتر است بنابراین آفتاب سوختگی در اثر این کاهش غلظت به وجود می‌آید. به همین سبب کوهنوردان همیشه در معرض آفتاب سوختگی و برف کوری هستند برای جلوگیری از این آسیب‌ها باید تمام بدن را با لباس مناسب فصل پوشاند و از عینک‌های آفتابی مناسب با درجه حداقل ۴۰۰ استفاده کنند.

چگونگی مکانیسم سازگاری فیزیولوژیکی بدن کوهنوردان با ارتفاع

    بدن کوهنوردان باید سازگاری‌های فیزیولوژیکی مختلفی را با ارتفاع به وجود آورند. این سازگاری‌ها بسیار پیچیده و تا حدودی شناخته شده‌اند. اولین موردی که یک کوهنورد با آن روبه‌روست، سازگاری با کاهش اختلاف فشار اکسیژن است که بین هوای نای و کیسه‌های هوایی و هوای حبابچه‌ها و اکسیژن سرخرگی و اکسیژن سرخرگی و اکسیژن مویرگی) و اکسیژن مویرگی و اکسیژن سیاهرگی) به وجود می‌آید.

    بدن کوهنوردان در برابر این کاهش اختلاف فشار اکسیژن با تغییر دادن واکنش‌های تنفسی و قلبی و گردش خون در هنگام فعالیت‌های بدن به چند طریق با ارتفاع سازگاری پیدا می‌کند که در ادامه قصد داریم آنها را معرفی کنیم.

افزایش تهویه ریوی

    تهویه ریوی عبارتست از حاصل ضرب حجم هوای جاری در تعداد تنفس در یک دقیقه. در حالت استراحت، تعداد تنفس در یک دقیقه حدود ۱۲ بار و حجم هوای جاری حدود نیم لیتر است و تهویه ریوی حدود ۶ لیتر در دقیقه است.

    کوهنوردان در هنگام صعود به ارتفاع بالا، تعداد تنفس و عمق حرکات تنفسی‌شان افزایش می‌یابد و به حدود ۶۵ درصد حداکثر خود می‌رسد و این یک واکنش جبرانی در برابر ارتفاع بالاست. کوهنوردانی که به مدت چند روز در ارتفاع بالا اتراق می‌کنند، تهویه ریوی‌شان به ۵ تا ۷ برابر معمول می‌رسد. علت این امر، افزایش تهویه ریوی به میزان ۶۵ درصد و فراهم کردن اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن است که منجر به کاهش فشار سهمی دی‌اکسید کربن می‌گردد.

    این مسئله باعث قلیایی شدن خون و جدا شدن اکسیژن از هموگلوبین می‌گردد. این تغییرات در ارتفاعات موانعی برای افزایش تهویه ریوی محسوب می‌گردد. برای اینکه لازمه افزایش تهویه ریوی، کاهش فشار سهمی اکسیژن یا هیپوکسی است. بعد از چند روز اقامت در ارتفاعات، دو تغییر مهم برای خنثی کردن تأثیرات بازدارنده تهویه ریوی به وجود می‌آید: اول، تأثیر بازدارنده بر مرکز تنفسی که به واسطه پایین بودن فشار دی‌اکسید کربن ایجاد شده بود، به تدریج برطرف می‌گردد.

    دوم، با پایین آمدن سطح بی‌کربنات خون، کلیه‌ها به تدریج تعادل اسیدی و بازی به حالت نرمال برمی‌گردد. این یک حالت فیزیولوژیکی است و روش شیمیایی و دارویی آن استفاده از قرص‌هایی نظیر استازولامید است. بعد از تغییرات ایجاد شده، مرکز تنفسی با تمام قدرت به تحریک‌های وارده از گیرنده‌های حساس به مواد شیمیایی در نتیجه کمبود فشار اکسیژن واکنش نشان داده و میزان تهویه ریوی تقریباً ۵ تا ۷ برابر حالت عادی افزایش می‌یابد. این فرایند تدریجی و آرام برای تهویه ریوی را سازگاری با ارتفاع می‌نامند.

 افزایش غلظت هموگلوبین خون

    یکی دیگر از مکانیسم‌های سازگاری بدن کوهنوردان با ارتفاع، افزایش تعداد گلبول‌های قرمز خون است؛ زیرا هیپوکسی باعث تولید سریع این سلول‌های خونی توسط مغز استخوان می‌شود. معمولاً سازگاری کامل با اکسیژن کم، هماتوکریت (درصد حجم گلبول‌های قرمز در تمام خون) از حد معمول ۴۰ درصد برای زنان و ۴۵ درصد برای مردان به حد متوسط ۵۹ درصد می‌رسد و این باعث غلظت خون می‌گردد.

    همچنین غلظت هموگلوبین از حد معمولی آن یعنی ۱۵ گرم درصد به ۲۰ گرم درصد می‌رسد. در این حالت ۲۰ تا ۳۰ درصد بر حجم کل خون افزوده می‌گردد و این امر منجر به افزایش ۵۰ تا ۹۰ درصد هموگلوبین در حال گردش است. این مکانیسم باعث جذب اکسیژن در هوای رقیق ارتفاعات می‌گردد تا کوهنورد به راحتی اکسیژن مورد نیاز خود را تأمین کند.

    این افزایش‌ها باعث غلظت خون شده و برونده یا کارایی یا دبی قلب را کاهش می‌دهد؛ بنابراین قلب کوهنوردان در ارتفاع بالا باید برای جبران این فظت کار بیشتری را انجام دهد. اقامت طولانی مدت در ارتفاع باعث می‌شود که تعداد گلبول‌های قرمز از ۵ میلیون در میلی‌متر مکعب به ۷ تا ۸ میلیون در میلی‌متر مکعب افزایش یابد. کوهنوردان هنگام برگشت به سطح پایین تا مدت‌ها این افزایش گلبول‌ها و غلظت خون را دارند و به مرور زمان با پایان یافتن عمر گلبول‌ها که حدود ۱۲۰ روز است، دوباره غلظت خون به حالت عادی برمی‌گردد.

ظرفیت بیشتر انتشار اکسیژن در شش‌ها

    یکی دیگر از تغییرات فیزیولوژیکی بدن کوهنوردان برای سازگاری تنفسی در ارتفاعات، افزایش قابلیت انتشار در شش‌ها است. ظرفیت معمولی انتشار اکسیژن از غشای تنفسی حدود ۲۰ میلی‌متر در ازای هر میلی‌متر جیوه اختلاف فشار در ثانیه است.

    هنگام ورزش در سطح دریا یا در ارتفاع بالا، این ظرفیت انتشار می‌تواند تا ۳ برابر حد عادی آن افزایش یابد. برای این افزایش دو دلیل وجود دارد: اول، افزایش حجم مویرگ‌های تنفسی که موجب گشادی رگ‌ها شده و سطح انتشار اکسیژن به درون خون را بیشتر می‌کند. دوم، افزایش حجم شش‌ها که باعث گسترش غشای کیسه‌های هوایی می‌شود.

زمانی که کوهنورد از سطح دریا به ارتفاعات صعود می‌کند

    در چنین شرایطی ضربان قلب و برونده آن در حالت استراحت حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش فوری پیدا می‌کند. هر چه سازگاری با ارتفاع بیشتر شود، ضربان قلب و برونده آن نیز به حالت عادی برمی‌گردد. این افزایش اولیه برون‌ده قلب در درجه اول بستگی به افزایش تعداد ضربان قلب دارد نه حجم ضربه‌ای قلب؛ در حالی که برون‌ده قلب هنگام فعالیت در ارتفاع متوسط تغییر بسیار کمی می‌یابد.

    در ارتفاع‌های بالا ممکن است تا حد قابل توجهی کاهش یابد که علت آن در درجه اول کاهش حد اکثر ضربان قلب در هنگام فعالیت است. به طور مثال، برون‌ده قلب معمولی که هنگام ورزش در سطح دریا ۲۲ تا ۲۵ لیتر در دقیقه است، در ارتفاع حدود ۵۷۰۰ متری به ۱۶ تا ۱۷ لیتر در دقیقه می‌رسد و همزمان با آن حداکثر ضربان‌های قلب از ۱۹۲ ضربه در سطح دریا به ۱۳۵ بار در دقیقه کاهش می‌یابد؛ اما حجم ضربه‌ای کاهش ناچیزی پیدا می‌کند. کاهش حداکثر ضربان قلب هنگام فعالیت در ارتفاع بالا نه فقط به افزایش حجم غلظت خون، بلکه به تأثیر مستقیم هیپوکسی بر قلب نیز ارتباط پیدا می‌کند.

    در مدت فعالیت در ارتفاع و صعود به بلندی‌های متوسط، مصرف بیشینه اکسیژن کاهش می‌یابد. از آنجا که ارزش حداقل برای ضربان قلب، حجم ضربه‌ای و برون‌ده قلب با قرار گرفتن در ارتفاع متوسط حدود ۴۰۰۰ متر، تأثیر ناچیزی می‌پذیرد، کاهش حداکثر مصرف اکسیژن باید به واسطه کاهش محتوای اکسیژن خون سرخرگی باشد.

    اگر کوهنوردان در ارتفاع حدود ۴۰۰۰ متری با تمام قدرت به فعالیت بپردازند، میزان مصرف حداکثر اکسیژن آنها می‌تواند به ۷۲ درصد ارزش‌های سطح دریا برسد. در همان حالت، محتوای اکسیژن خون سرخرگی آنها فقط به ۷۴ درصد مقدار آن در سطح دریا می‌رسد. مقدار اشباع خون سرخرگی را می‌توان توسط دستگاه پالس اکسی‌متر (pulse oxymeter) اندازه‌گیری کرد که در مقابل حداکثر برون‌ده قلب در ارتفاع ۴۰۰۰ متری معادل ۱۰۰ درصد نسبت به سطح دریا است.

    تطابق دیگری که بدن در جهت سازگاری با ارتفاع پیدا می‌کند، عبارتست از افزایش تعداد مویرگ‌ها همراه با توزیع بهتر خون در مناطقی مانند عضلات قلب، مغز و سایر اندام‌هایی است که به طور طبیعی نیاز بیشتری به اکسیژن دارند؛ یعنی اینکه مولکول‌های هموگلوبین در تماس بسیار نزدیکی با بافت‌های فعال نسبت به حالت عادی قرار می‌گیرند و در نتیجه حتی با وجود پایین بودن فشار اکسیژن، مقدار بیشتری از این گاز حیات‌بخش را برای هر سلول فراهم می‌کنند.

    شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد یک افزایش مختصر در فشار خون سرخرگی همراه با کاهش مقاومت محیطی در نتیجه گشادی رگ‌ها وجود دارد که نشان‌دهنده‌ی توزیع بهتر خون به بافت‌ها در نتیجه باز شدن مویرگ‌های جدید در رگ‌های خونی کوچک برای تطابق با شرایط جدید بدن کوهنوردان در ارتفاعات است.

افزایش محتوای میوگلوبین عضلات

    یکی دیگر از مکانیسم‌های سازگاری کوهنوردان با ارتفاع، افزایش محتوای میوگلوبین‌های عضلات است. میوگلوبین‌ها یا رنگدانه‌ها، حمل‌کننده‌ی اکسیژن در عضلات هستند. شواهدی موجود است که نشان می‌دهد با اقامت طولانی مدت در ارتفاع، غلظت میوگلوبین در قلب و عضلات اسکلتی افزایش می‌یابد که در جهت سازگاری با ارتفاع کمک بسیار مؤثری است.

    توانایی بیشتر سلول‌ها برای تطابق با پایین بودن فشار سهمی اکسیژن و استفاده از اکسیژن موجود، افراد بومی ساکن ارتفاعات بالای حدود ۳۹۰۰ تا ۵۱۰۰ متر؛ مانند افرادی که در روستاهای نامچه بازار، پانگ بوچه، اورشو و پرچه در مسیر رسیدن به بیس کمپ اورست در هیمالیای نپال زندگی می‌کنند، دارای تعداد بیشتری سیستم‌های آنزیمی اکسیدکننده‌ی سلولی نسبت به افرادی هستند که در سطح دریا زندگی می‌کنند.

    این گونه افراد در مقایسه با ساکنین سطح دریا به طور بسیار مؤثری می‌توانند از اکسیژن موجود در آن ارتفاع استفاده کنند. جالب اینکه هیچ انسان غیربومی حتی با اقامت یک ساله در ارتفاع بالا نمی‌تواند افزایش مشابهی در آنزیم‌های اکسیدکننده‌ی اکسیژن داشته باشد؛ بنابراین احتمال دارد که افزایش سیستم‌های آنزیم اکسیدکننده اکسیژن در انسان‌های بومی در نتیجه دو عامل باشد: اول، اقامت بسیار طولانی مدت طی سالیان متوالی و از بدو تولد در ارتفاعات بالا؛ دوم، تفاوت‌های ژنتیکی که در طول زندگی نسل‌ها در چنین ارتفاعاتی به وجود آمده است.

    این گونه افراد در آن ارتفاع به صورت بسیار عادی زندگی روزانه خود را ادامه می‌دهند. نکته جالب دیگر اینکه این گونه افراد بومی که به طور طبیعی با محیط سازگاری پیدا کرده‌اند، می‌توانند برای چندین ساعت بدون استفاده از اکسیژن اضافی در ارتفاع حدود ۸۰۰۰ متر توقف کنند؛ در حالی که توقف برای افراد غیربومی در چنین ارتفاعی در صورتی که سازگاری نیافته باشند، مرگ‌آور است.

    زمانی که کوهنوردان از ارتفاعات بالا به سطح دریا می‌رسند، پس از چند هفته تمام تغییرات فیزیولوژیکی که در نتیجه سازگاری با ارتفاع در آنان ایجاد شده است، از بین می‌رود. تمرینات مداوم در سطح دریا در به تأخیر انداختن این تغییرات می‌تواند مؤثر باشد.

کلام آخر

    در کل، بدن انسان در ارتفاعات بالا با کمبود اکسیژن و شرایط سخت محیطی روبرو می‌شود. برای سازگاری با این شرایط، بدن تغییرات فیزیولوژیکی مختلفی از جمله افزایش تعداد گلبول‌های قرمز، افزایش تهویه ریوی، تغییر در گردش خون و افزایش محتوای میوگلوبین عضلات را انجام می‌دهد. این تغییرات به بدن کمک می‌کنند تا اکسیژن بیشتری جذب و به طور مؤثرتری از آن استفاده کند. با این حال، سازگاری کامل با ارتفاعات بالا زمان می‌برد و نیازمند صعود تدریجی و رعایت نکات ایمنی است. از مراجع این مقاله می‌توان به مجله کوهنامه اشاره کرد. اینجا دکوول است رسانه ادونچر و کوهنوردی ایران.