Úvod

Obyvatelé nížin (<1500 m) rychle stoupající do vysokých (>2400 m) a zejména velmi vysokých (>3500 m) nebo extrémních (>5500 m) nadmořských výšek jsou ohroženi vznikem výškové nemoci (Gallagher a Hackett, 2004) a pociťují výrazné zhoršení své fyzické a kognitivní pracovní výkonnosti (Fulco et al., 1998). Aklimatizace na nadmořskou výšku je řada fyziologických úprav, které kompenzují snížení množství okolního kyslíku. Výšková aklimatizace je nejlepší strategií prevence akutní horské nemoci (AMS) (Forgey, 2006) a umožňuje lidem dosáhnout maximálního fyzického a kognitivního pracovního výkonu možného pro nadmořskou výšku, na kterou jsou aklimatizováni (Fulco et al., 2000; Banderet et al., 2002). Doporučenou strategií pro navození výškové aklimatizace je postupný nebo etapový výstup s nadmořskou výškou první noci na spaní nepřesahující 2400 m a s denním výškovým přírůstkem omezeným na 300 až 600 m (Forgey, 2006). Pro mnoho horolezců a trekařů, kteří mají nabitý program, však nemusí být dostatek času na vytvoření odpovídajícího stupně výškové aklimatizace. Například výstup na horu Kilimandžáro (5896 m) podle nejrychlejší doporučené odstupňované rychlosti výstupu 600 m/den nad 2500 m (Hackett a Roach, 2001) by si vyžádal 8 dní (6 dní výstupu a 2 dny odpočinku) na aklimatizaci. Pro srovnání, na populární komerční horolezecké trase na vrchol zahrnuje relativně rychlý výstup pouze 4 nebo 5 nocí se spánkem nad 2500 m. U jedinců následujících tento relativně rychlý výstup dochází k vysokému výskytu (∼75 %) akutní horské nemoci a pouze 51 % až 61 % úspěšně dosáhne vrcholu (Karinen et al., 2008; Kayser et al., 2008, Davies et al., 2009). Aklimatizace na nadmořskou výšku před zahájením tohoto výstupu by pravděpodobně snížila náchylnost k AMS, zlepšila fyzickou výkonnost a zvýšila úspěšnost výstupu na vrchol.

Aklimatizace na nadmořskou výšku se nejčastěji navozuje nepřetržitým pobytem ve výškách >1500 m. U osob žijících v nízkých nadmořských výškách však v měsících až týdnech před odjezdem na horolezeckou výpravu nemusí být nepřetržitý pobyt ve vysoké nadmořské výšce možný. Pro některé obyvatele nízkých nadmořských výšek může být možný příležitostný 1 nebo 2denní výlet do střední nebo vyšší nadmořské výšky. Otázkou je, zda tento typ výškové preexpozice přináší nějaký prospěch, a pokud ano, jak dlouho tento prospěch přetrvává.

Na místo aklimatizace je k dispozici několik léků, které účinně snižují náchylnost k výškovým nemocem (Hackett a Roach, 2001). Všechny tyto léky (např. acetazolamid, dexametazon a sildenafil) však mají potenciální nežádoucí účinky, které omezují jejich použití, a žádná z těchto farmaceutických intervencí přímo nezlepšuje fyzický pracovní výkon. Ve skutečnosti acetazolamid při nejvyšším doporučeném dávkování snižuje vytrvalostní výkon (Stager et al., 1990, Garske et al., 2003), čímž zhoršuje zhoršení pracovní výkonnosti vyvolané nadmořskou výškou. Naopak nižší dávky acetazolamidu nemusí účinně zabránit AMS ve výškách >4000 m (Dumont et al., 2000). Aklimatizace v nadmořské výšce tak zůstává nejlepším přístupem k negaci škodlivých účinků nadmořské výšky na zdraví a výkonnost člověka.

Účelem tohoto přehledu je poskytnout stručný popis klíčových fyziologických adaptací při aklimatizaci v nadmořské výšce, posoudit přínos výškové preexpozice a poskytnout doporučení pro plánování a načasování výškové preexpozice před odjezdem na pobyt do vysokých nadmořských výšek. Vzhledem k možným rozdílům mezi hypobarickou a normobarickou hypoxií a omezením délky tohoto přehledu je přezkoumáno pouze použití hypobarické expozice skutečné nebo simulované nadmořské výšce pro navození výškové aklimatizace.

Altitude Acclimatization

Existuje mnoho vynikajících, komplexních přehledů výškové aklimatizace (Bisgard a Forster, 1996; Ward et al., 2000, Young a Reeves, 2002). V tomto přehledu se zaměříme na klíčové adaptace, ke kterým dochází během prvních několika hodin až dnů výškové expozice.

Dostupné důkazy naznačují, že v nadmořské výšce od 900 do 1500 m je dosaženo takového stupně hypobarické hypoxie, který stimuluje rozvoj výškové aklimatizace (Kellogg 1968, Honigman et al., 1993, Reeves et al., 1993). Dvěma klíčovými adaptacemi zahrnujícími výškovou aklimatizaci jsou zvýšená ventilace a snížení celkového množství vody v těle, což vede ke snížení objemu plazmy (tj. hemokoncentrace). Ventilační aklimatizace na nadmořskou výšku je charakterizována postupným zvyšováním ventilace, arteriálního parciálního tlaku kyslíku a saturace kyslíkem (Sao2) a poklesem arteriálního parciálního tlaku oxidu uhličitého spolu s normalizací arteriálního pH během prvních 5 až 9 dnů pobytu ve vysoké nadmořské výšce (Bisgard a Forster, 1996). Současně se zvýšením ventilace se zvyšuje kapacita krve přenášet kyslík v důsledku hemokoncentrace, která je důsledkem snížení objemu plazmy (Hoyt a Honig, 1996). Čistým výsledkem zvýšené ventilace a hemokoncentrace je téměř normalizace obsahu kyslíku v arteriích po přibližně sedmidenním pobytu ve vysoké nadmořské výšce (Sawka et al., 2000). Ventilační aklimatizaci lze urychlit pomocí léku acetazolamidu (Kronenberg a Cain, 1968).

Akutní expozice vysoké nadmořské výšce zvyšuje srdeční frekvenci a srdeční výdej, aby se udržel systémový přísun kyslíku (Mazzeo et al., 1994). Jak se s aklimatizací na nadmořskou výšku zvyšuje obsah kyslíku v arteriích, srdeční výdej i periferní průtok krve se vrací k normálu. Toto snížení krevního průtoku může přispět ke zlepšení tolerance zátěže tím, že sníží srdeční práci a umožní více difuzního času pro extrakci kyslíku z tkání (Sawka et al., 2000). Akutní vystavení vysoké nadmořské výšce způsobuje hypoxickou plicní vazokonstrikci, což vede ke zvýšení plicního arteriálního tlaku, který může u několika jedinců vyvolat vysokohorský plicní edém (HAPE) (Gallagher a Hackett, 2004). Nedávno jsme prokázali, že staging ve výšce ∼2200 m po dobu 6 dnů významně zmírnil zvýšení plicního arteriálního tlaku (PAP) během následného přímého výstupu do výšky 4300 m (Baggish et al., 2010), což může snížit riziko vzniku HAPE. Při aklimatizaci dochází ke zvýšenému transportu a oxidaci sacharidů v metabolicky aktivních tkáních (Brooks et al., 1991). V prostředí s nízkým obsahem kyslíku jsou tedy sacharidy preferovaným zdrojem paliva (Fulco et al., 2005).

Při nepřetržitém pobytu ve výšce se fyziologická zátěž při cvičení snižuje a tolerance cvičení ve výšce se zlepšuje ve srovnání s původní tolerancí při příjezdu (Horstman et al., 1980; Fulco et al., 2005). Příznaky AMS se navíc s aklimatizací zmírňují (Gallagher a Hackett, 2004). Pokud například jedinci postižení AMS zastaví další výstup a odpočívají ve své současné nadmořské výšce, u ∼80 % z nich příznaky AMS odezní během 2 až 7 dnů (Gallagher a Hackett, 2004), protože dojde k aklimatizaci na hypoxii. Tyto výsledky snižují riziko tím, že zlepšují úsudek, snižují únavu a nemocnost a zvyšují pravděpodobnost úspěšného dokončení treku nebo výstupu ve vysoké nadmořské výšce.

Aklimatizace je výškově specifická; to znamená, že úplná aklimatizace v jedné nadmořské výšce poskytuje pouze částečnou aklimatizaci ve vyšší nadmořské výšce. Doba, kterou člověk potřebuje k aklimatizaci, je funkcí fyziologie daného jedince a velikosti hypoxické výzvy definované dosaženou nadmořskou výškou (Reeves et al., 1993). Jedinci bez nedávné (>1 měsíc) aklimatizace v nadmořské výšce potřebují největší fyziologické kompenzace, a tudíž i nejdelší dobu k aklimatizaci. Jedinci pobývající ve středních nebo vysokých nadmořských výškách dosáhnou aklimatizace na vyšší nadmořskou výšku rychleji (Muza et al., 2004). U většiny osob vystavených vysokým nadmořským výškám dojde k 70 až 80 % respirační složky aklimatizace během 4 až 10 dnů a 80 až 90 % jejich celkové aklimatizace je dosaženo do 2 týdnů až měsíce (Purkayastha et al., 1995). Časový průběh několika výsledků aklimatizace (fyzické a kognitivní výkony, AMS, Sao2 a srdeční frekvence) naměřených v naší laboratoři na Pikes Peak ve výšce 4300 m je znázorněn na obr. 1.

Deaklimatizace v nadmořské výšce

Po získání aklimatizace se udržuje po celou dobu pobytu jedince v nadmořské výšce, ale po návratu do nižších nadmořských výšek se během několika dnů až týdnů ztrácí. Rychlost, s jakou dochází k deaklimatizaci ve výškách, není dobře prozkoumána. Naše laboratoř (Lyons et al., 1995; Muza et al., 1995; Beidleman et al., 1997) aklimatizovala obyvatele nížin ve výšce 4300 m n. m. po dobu 16 dní a poté je vrátila na 7 dní na úroveň moře. Osmý den na úrovni moře vystoupali do výšky 4300 m, kde byli přes noc vystaveni expozici v naší hypobarické komoře. Tyto dříve aklimatizované osoby si zachovaly přibližně 50 % ventilační aklimatizace, zcela u nich chyběl AMS a měly menší fyziologickou zátěž při submaximálním cvičení. Savourey a jeho kolegové (1996) referovali o skupině horolezců, kteří se vrátili do nízké nadmořské výšky 10 dní po opuštění základního tábora na Mount Everestu; při opětovné expozici v hypobarické komoře ve výšce 4500 m byly klidové i zátěžové hodnoty Sao2 stále výrazně vyšší než před aklimatizací. Konečně Sato a jeho kolegové (1992) měřili hypoxickou ventilační odezvu (HVR) u obyvatel nížinných oblastí po dobu 5 dnů pobytu ve výšce 3810 m a po dobu 1 týdne po návratu na úroveň moře. HVR byla výrazně zvýšena třetí den pobytu ve výšce a zůstala zvýšená během prvních tří dnů po návratu na úroveň moře. Na rozdíl od výsledků těchto studií však Richalet a jeho kolegové (2002) nepozorovali u horníků, kteří střídavě pracovali 7 dní ve výšce 3800 až 4600 m a 7 dní odpočívali na úrovni moře, snížení závažnosti AMS během prvních 2 dnů ve velmi vysoké nadmořské výšce. Vzhledem k tomu, že se jednalo o terénní studii, mohly u těchto horníků jakýkoli příznivý aklimatizační účinek negovat jiné faktory související s prostředím nebo prací. Celkově lze říci, že většina zjištění z těchto přímých studií deaklimatizace v nadmořské výšce naznačuje, že aklimatizace se po sestupu do nízké nadmořské výšky snižuje, ale přetrvává nejméně 1 týden u dobře aklimatizovaných jedinců a nejméně 3 dny u jedinců s méně rozvinutou aklimatizací.

Jedna studie poskytuje nepřímý důkaz, že funkčně užitečná aklimatizace přetrvává několik dní až týdnů. Schneider a jeho kolegové (2002) hodnotili AMS u horolezců, kteří dorazili na Capanna Margherita (4559 m), a zkoumali několik zavedených rizikových faktorů pro AMS. Zjistili, že třemi nezávislými faktory určujícími náchylnost k AMS jsou předchozí anamnéza, rychlost výstupu a výšková preexpozice. Za dostatečnou výškovou preexpozici bylo považováno 5 a více dní strávených nad 3000 m n. m. v předchozích dvou měsících. Nezávisle na známé náchylnosti snížily jak dostatečná výšková preexpozice, tak pomalý výstup výskyt AMS o ∼50 %. Vyšetřovatelé bohužel neurčili profily výškové expozice ani načasování předexpozice vzhledem k vlastnímu výstupu a hodnocení AMS. V neposlední řadě je možné, že jedinci s anamnézou AMS přestali vystupovat do vysokých nadmořských výšek, a tak díky samovýběru nebyli do populace horolezců v této studii zařazeni jedinci s vysokou náchylností k AMS. Souhrnně lze říci, že ačkoli stále existují značné mezery v údajích, převaha důkazů naznačuje, že výšková aklimatizace přetrvává několik dní až týdnů po poslední předexpozici.

Předexpoziční výšková aklimatizace

Existují dva přístupy k předexpoziční výškové aklimatizaci: kontinuální a přerušovaná výšková expozice. Existuje řada důkazů, že nepřetržitý pobyt ve středních a vyšších nadmořských výškách vyvolává aklimatizaci (Houston, 1955; Hansen et al., 1967; Houston a Dickinson, 1975; Evans et al., 1976; Hackett et al., 1976; Stamper et al., 1980; Purkayastha et al., 1995; Beidleman et al., 2009; Fulco et al., 2009; Baggish et al., 2010). Ve všech těchto předchozích studiích však další výstup do vyšší nadmořské výšky následoval bezprostředně po etapovém nebo odstupňovaném výstupu do vyšších nadmořských výšek. Jak již bylo popsáno dříve, nížinní lidé dobře aklimatizovaní do 4300 m, kteří se vrátili do nízké nadmořské výšky na 7 dní, si zachovali příznivou aklimatizaci při opětovném výstupu do 4300 m 8. den (Lyons et al., 1995; Muza et al., 1995; Beidleman et al., 1997). Neexistují žádné publikované zprávy o délce trvání prospěšné aklimatizace pro jiné kombinace vysoké nadmořské výšky a délky expozice.

Aklimatizaci ve výšce lze vyvolat přerušovanou nebo přerušovanou expozicí ve výšce (Muza, 2007). Existuje dostatek důkazů, že přerušovaná výšková expozice skutečně vyvolává ventilační aklimatizaci (Nagasaka a Satake, 1969; Savourey et al., 1996; Chapman et al., 1998; Katayama et al., 1998; Rodriguez et al., 2000; Ricart et al., 2000; Katayama et al., 2001; Beidleman et al., 2004) a zlepšují pracovní výkon (Roskamm et al., 1969; Terrados et al., 1988; Vallier et al., 1996; Beidleman et al., 2003; Beidleman et al., 2008). Pouze jedna studie (Beidleman et al., 2004) se zabývala AMS po přerušované výškové expozici. Zjistili jsme, že AMS chybí ve výšce 4300 m bezprostředně po 15 dnech 4hodinové denní expozice ve výšce 4300 m. Zařazení cvičebního tréninku ve vysoké nadmořské výšce může (Roskamm et al., 1969) nebo nemusí (Beidleman et al., 2003) zvýšit zlepšení výkonnosti při cvičení ve vysoké nadmořské výšce. Ve většině těchto studií bylo hodnocení „prospěšné“ aklimatizace provedeno do 24 h od poslední předexpozice. Proto není známo, jak dlouho tyto prospěšné adaptace přetrvávají. Většina těchto studií navíc používala hypobarické komory a expozice probíhaly ve velmi vysokých nadmořských výškách (>4000 m), kterých jedinci pobývající v nízkých nadmořských výškách nemohou v přirozeném prostředí snadno dosáhnout. Neexistují žádné publikované studie účinnosti pravděpodobnějšího scénáře předexpozice ve vysoké nadmořské výšce, který by využíval víkendové pobyty ve vysoké nadmořské výšce opakované po dobu 2 nebo více týdnů. Například v relativně snadno dosažitelné nadmořské výšce 2200 m se během prvních dvou dnů (tj. víkendu) vyvine významná ventilační aklimatizace (Beidleman et al., 2009). Jak dlouho však tento stupeň aklimatizace přetrvá po sestupu, není známo.

Nakonec, jak již bylo popsáno, Schneider a jeho kolegové (2002) zjistili, že dostatečnou výškovou preexpozicí je 5 nebo více dní strávených nad 3000 m n. m. v předchozích dvou měsících. Protože však nebylo hodnoceno načasování výškové preexpozice vzhledem ke skutečnému výstupu a hodnocení AMS, je možné, že tyto preexpozice proběhly blíže ke skutečnému výstupu, než naznačuje 2měsíční preexpoziční období.

Doporučení

Vzhledem k omezeným údajům je obtížné poskytnout definitivní doporučení pro rozvoj účinné výškové aklimatizace pomocí preexpozičních (kontinuálních nebo přerušovaných) protokolů. Navíc plánovaná rychlost výstupu a konečná nadmořská výška následné cesty budou diktovat, jakého stupně výškové aklimatizace by se měl člověk pokusit dosáhnout před odjezdem na výstup. Například jedinci plánující rychlé výstupy do extrémních nadmořských výšek, jako je hora Kilimandžáro (5896 m), budou potřebovat větší aklimatizaci než jedinci plánující trek po Pacifické hřebenové stezce, kde je nadmořská výška vrcholu 4009 m. Následující pokyny je tedy třeba považovat za orientační a používat je spíše jako obecný než konkrétní návod.

U jedinců pobývajících v nadmořské výšce 900 až 1500 m nebo vyšší se pravděpodobně vyvinul stupeň aklimatizace úměrný velikosti hypoxického podnětu. Při výstupu do vyšších nadmořských výšek u nich tedy pravděpodobně dojde k úměrnému snížení náchylnosti k rozvoji AMS a také ke zmírnění hypoxií vyvolaného poklesu fyzické pracovní výkonnosti. U jedinců pobývajících v nadmořské výšce pod 900 až 1500 m bude určitý stupeň aklimatizace na nadmořskou výšku vyvolán častým vystavováním se vysoké nadmořské výšce v týdnech před odjezdem na cestu do vysokých nadmořských výšek. Je dobře známo, že určitý stupeň ventilační aklimatizace se vyvine během 1 až 2 dnů nepřetržitého pobytu ve středních (>1500 m) nebo vysokých (>2400 m) nadmořských výškách a při denních 1,5 až 4hodinových expozicích ve výšce >4000 m. Existují důkazy, že 5 nebo více dnů nad 3000 m během posledních 2 měsíců před výstupem do vysoké nadmořské výšky významně sníží AMS. Obecně platí, že stupeň rozvinuté výškové aklimatizace je úměrný dosažené nadmořské výšce a délce expozice. Čím větší je rozsah výškové aklimatizace, tím déle přetrvává funkčně užitečná aklimatizace při sestupu. Při absenci jednoznačných důkazů by však výstup do vysoké nadmořské výšky měl být naplánován co nejdříve po poslední výškové preexpozici.

Odhalení

Autoři nemají žádné střety zájmů ani finanční vazby, které by museli oznámit. Schváleno pro veřejné publikování; distribuce je neomezená. Názory, stanoviska a/nebo zjištění obsažená v této publikaci jsou názory autorů a nelze je považovat za oficiální stanovisko, politiku nebo rozhodnutí Ministerstva armády, pokud tak nejsou označeny v jiné dokumentaci. Jakékoli citace komerčních organizací a obchodních názvů v této zprávě nepředstavují oficiální podporu nebo schválení produktů nebo služeb těchto organizací ze strany Ministerstva armády.

.