Introduction

Laaglandbewoners (<1500 m) die snel stijgen naar grote (>2400 m) en vooral zeer grote (>3500 m) of extreme (>5500 m) hoogten lopen het risico om een ziekte op grote hoogte te ontwikkelen (Gallagher and Hackett, 2004) en een aanzienlijke verslechtering van hun fysieke en cognitieve werkprestaties (Fulco et al., 1998). Hoogteacclimatisatie is een reeks fysiologische aanpassingen die de vermindering van zuurstof in de omgeving compenseert. Hoogteacclimatisatie is de beste strategie om acute bergziekte (AMS) te voorkomen (Forgey, 2006) en stelt mensen in staat om de maximale fysieke en cognitieve werkprestaties te bereiken die mogelijk zijn voor de hoogte waaraan zij zijn geacclimatiseerd (Fulco et al., 2000; Banderet et al., 2002). Een geleidelijke of gefaseerde klim met een slaaphoogte van de eerste nacht van niet meer dan 2400 m en een dagelijkse hoogtestijging beperkt tot 300 à 600 m is de aanbevolen strategie voor de inductie van hoogteacclimatisatie (Forgey, 2006). Voor veel klimmers en trekkers met een strak schema, kan er echter onvoldoende tijd zijn om een adequate mate van hoogteacclimatisatie te ontwikkelen. Een beklimming van de Kilimanjaro (5896 m) volgens het snelst aanbevolen stijgingspercentage van 600 m/dag boven 2500 m (Hackett en Roach, 2001) zou bijvoorbeeld 8 dagen (6 klimdagen en 2 rustdagen) vergen om te acclimatiseren. Ter vergelijking, op een populaire commerciële klimroute naar de top, omvat de relatief snelle klim slechts 4 of 5 slaapnachten boven 2500 m. Personen die deze relatief snelle klim volgen, ervaren een hoge incidentie (∼75%) van acute bergziekte en slechts 51% tot 61% bereikt met succes de top (Karinen et al., 2008; Kayser et al., 2008, Davies et al., 2009). Acclimatisatie aan de hoogte vóór het begin van deze beklimming zou waarschijnlijk de gevoeligheid voor AMS verminderen, de fysieke prestaties verbeteren, en het succes van de beklimming verhogen.

Occlimatisatie aan de hoogte wordt meestal geïnduceerd door continue blootstelling aan hoogtes >1500 m. Echter, voor personen die op lage hoogte wonen, in de maanden tot weken voor vertrek op een klimtocht, kan continu verblijf op grote hoogte niet mogelijk zijn. Voor sommige bewoners van lage hoogten kan een incidentele reis van één of twee dagen naar gematigde of grotere hoogten mogelijk zijn. De vraag is of dit soort voorbereiding op grote hoogte enig voordeel oplevert en zo ja, hoe lang dit voordeel aanhoudt.

In plaats van acclimatisatie zijn er verschillende medicijnen beschikbaar die de gevoeligheid voor hoogteziekte effectief verminderen (Hackett en Roach, 2001). Al deze medicijnen (b.v. acetazolamide, dexamethasone, en sildenafil) hebben echter potentiële bijwerkingen die hun gebruik beperken, en geen van deze farmaceutische interventies verbetert direct de fysieke arbeidsprestatie. In feite vermindert acetazolamide bij de hoogst aanbevolen dosering het uithoudingsvermogen (Stager et al., 1990, Garske et al., 2003), waardoor de door de hoogte veroorzaakte arbeidsproblemen verergeren. Omgekeerd is het mogelijk dat lagere doseringen acetazolamide AMS niet effectief voorkomen op hoogtes >4000 m (Dumont et al., 2000). Hoogteacclimatisatie blijft dus de beste manier om de nadelige effecten van hoogte op de gezondheid en de menselijke prestaties teniet te doen.

Het doel van dit overzicht is om een korte beschrijving te geven van de belangrijkste fysiologische aanpassingen van hoogteacclimatisatie, om het voordeel van een hoogtevoorbereiding te beoordelen, en om aanbevelingen te doen voor het plannen en plannen van een hoogtevoorbereiding voorafgaand aan een verblijf op grote hoogte. Omwille van mogelijke verschillen tussen hypobarische en normobarische hypoxie en omwille van de beperkte lengte van deze bespreking, wordt enkel het gebruik van hypobarische blootstelling aan echte of gesimuleerde hoogte voor het induceren van hoogteacclimatisatie besproken.

Boogteacclimatisatie

Er bestaan vele uitstekende, uitvoerige besprekingen van hoogteacclimatisatie (Bisgard en Forster, 1996; Ward et al., 2000, Young en Reeves, 2002). In dit overzicht zullen we ons concentreren op de belangrijkste aanpassingen die optreden gedurende de eerste uren tot dagen van blootstelling aan hoogte.

Beschikbaar bewijs suggereert dat in het hoogtebereik van 900 tot 1500 m een mate van hypobare hypoxie wordt bereikt die de ontwikkeling van hoogteacclimatisatie stimuleert (Kellogg 1968, Honigman et al., 1993, Reeves et al., 1993). Twee belangrijke aanpassingen die hoogteacclimatisatie inhouden zijn een verhoogde ventilatie en een vermindering van het totale lichaamswater, wat resulteert in een verminderd plasmavolume (d.w.z. hemoconcentratie). Ventilatoire acclimatisatie aan de hoogte wordt gekenmerkt door een progressieve toename van de ventilatie, de arteriële partiële zuurstofdruk en de zuurstofverzadiging (Sao2) en een daling van de arteriële partiële koolstofdioxide druk samen met een normalisatie van de arteriële pH gedurende de eerste 5 tot 9 dagen van het verblijf op grote hoogte (Bisgard en Forster, 1996). Gelijktijdig met de toename van de ventilatie wordt het zuurstofdragend vermogen van het bloed verhoogd door hemoconcentratie als gevolg van vermindering van het plasmavolume (Hoyt en Honig, 1996). Het netto resultaat van de verhoogde ventilatie en hemoconcentratie is een bijna normalisatie van het arteriële zuurstofgehalte na een verblijf van ongeveer 7 dagen op grote hoogte (Sawka et al., 2000). Ventilatoire acclimatisatie kan worden versneld door het geneesmiddel acetazolamide (Kronenberg en Cain, 1968).

Een acute blootstelling aan grote hoogte verhoogt de hartfrequentie en de cardiale output om de systemische zuurstoftoevoer in stand te houden (Mazzeo et al., 1994). Wanneer het arteriële zuurstofgehalte toeneemt bij acclimatisatie aan de hoogte, keren zowel de cardiale output als de perifere bloedstroom terug in de richting van normaal. Deze afname van de bloedstroom kan bijdragen aan een verbeterde inspanningstolerantie doordat het hart minder hard werkt en er meer diffusietijd is voor weefselextractie van zuurstof (Sawka et al., 2000). Acute blootstelling aan grote hoogte veroorzaakt hypoxische pulmonale vasoconstrictie, wat resulteert in een verhoogde pulmonale arteriële druk die bij enkele personen kan leiden tot hooggelegen longoedeem (HAPE) (Gallagher en Hackett, 2004). Onlangs hebben wij aangetoond dat een acclimatisatie op ∼2200 m gedurende 6 dagen de toename van de pulmonale arteriële druk (PAP) tijdens de daaropvolgende directe klim naar 4300 m aanzienlijk verminderde (Baggish et al., 2010), wat het risico op het ontwikkelen van HAPE zou kunnen verminderen. Bij acclimatisatie neemt het transport en de oxidatie van koolhydraten in metabolisch actieve weefsels toe (Brooks et al., 1991). In een zuurstofarme omgeving zijn koolhydraten dus de voorkeursbrandstofbron (Fulco et al., 2005).

Met een voortdurend verblijf op hoogte wordt de fysiologische belasting van de inspanning minder, en de inspanningstolerantie op hoogte verbetert in vergelijking met die bij aankomst (Horstman et al., 1980; Fulco et al., 2005). Bovendien nemen de symptomen van AMS af naarmate men meer acclimatiseert (Gallagher en Hackett, 2004). Bijvoorbeeld, als personen die getroffen zijn door AMS stoppen met verder stijgen en rusten op hun huidige hoogte, verdwijnen voor ∼80% van de AMS-symptomen na 2 tot 7 dagen (Gallagher en Hackett, 2004) naarmate acclimatisatie aan hypoxie wordt bereikt. Deze resultaten verminderen het risico door het verbeteren van het beoordelingsvermogen, het verminderen van vermoeidheid en ziekte, en het vergroten van de kans op het succesvol voltooien van een trektocht of beklimming op grote hoogte.

Acclimatisatie is hoogte-specifiek; dat wil zeggen, volledige acclimatisatie op een bepaalde hoogte geeft slechts gedeeltelijke acclimatisatie op een grotere hoogte. De tijd die een persoon nodig heeft om te acclimatiseren is een functie van de fysiologie van die persoon en de omvang van de hypoxische uitdaging, zoals bepaald door de bereikte hoogte (Reeves et al., 1993). Personen zonder recente (>1 maand) hoogte acclimatisatie hebben de grootste fysiologische compensaties nodig en dus de langste tijd om te acclimatiseren. Personen die op gematigde of grote hoogte verblijven, zullen sneller acclimatiseren aan een grotere hoogte (Muza et al., 2004). Bij de meeste mensen die aan grote hoogten worden blootgesteld, gebeurt 70% tot 80% van de ademhalingscomponent van de acclimatisatie in 4 tot 10 dagen, en 80% tot 90% van hun totale acclimatisatie wordt bereikt binnen 2 weken tot een maand (Purkayastha et al., 1995). Het tijdsverloop voor verschillende acclimatisatie uitkomsten (fysieke en cognitieve prestaties, AMS, Sao2, en hartslag) gemeten in onze Pikes Peak Laboratorium op 4300 m worden geïllustreerd in Fig. 1.

Deacclimatisatie door hoogte

Eenmaal verworven, blijft de acclimatisatie gehandhaafd zolang het individu op hoogte blijft, maar ze gaat verloren gedurende enkele dagen tot weken na terugkeer naar lagere hoogten. De snelheid waarmee hoogte deacclimatisatie optreedt is niet goed bestudeerd. In ons laboratorium (Lyons et al., 1995; Muza et al., 1995; Beidleman et al., 1997) acclimatiseerden laaglandbewoners op 4300 m gedurende 16 dagen en brachten hen daarna voor 7 dagen terug naar zeeniveau. Op dag 8 op zeeniveau stegen ze naar 4300 m voor een nachtelijke blootstelling in onze hypobarische kamer. Deze eerder geacclimatiseerde proefpersonen behielden ongeveer 50% van hun ventilatoire acclimatisatie, waren volledig afwezig van AMS, en hadden een verminderde fysiologische belasting tijdens submaximale inspanning. Savourey en collega’s (1996) rapporteerden over een groep klimmers die 10 dagen na het verlaten van het basiskamp van de Mount Everest terugkeerden naar lage hoogte; wanneer zij opnieuw werden blootgesteld aan 4500 m in een hypobarische kamer, waren rust- en inspannings Sao2 nog steeds significant hoger dan voor de acclimatisatie. Tenslotte maten Sato en collega’s (1992) de hypoxische ventilatoire respons (HVR) bij laaglandbewoners gedurende 5 dagen verblijf op 3810 m en gedurende 1 week na terugkeer op zeeniveau. De HVR was significant verhoogd tegen dag 3 op hoogte en bleef verhoogd gedurende de eerste 3 dagen terug op zeeniveau. In tegenstelling tot de resultaten van deze studies, stelden Richalet en collega’s (2002) echter geen afname vast van de ernst van AMS tijdens de eerste 2 dagen op zeer grote hoogte bij mijnwerkers die afwisselend 7 dagen op 3800 tot 4600 m werkten en 7 dagen op zeeniveau rustten. Omdat dit een veldstudie was, kunnen andere omgevings- of werkgerelateerde factoren een eventueel gunstig acclimatisatie-effect bij deze mijnwerkers teniet hebben gedaan. Over het algemeen suggereren de meeste bevindingen van deze directe studies van hoogte-acclimatisatie dat acclimatisatie afneemt na afdaling naar lage hoogte, maar behouden blijft voor ten minste 1 week bij goed geacclimatiseerde individuen en voor ten minste 3 dagen bij individuen met minder goed ontwikkelde acclimatisatie.

Een studie levert indirect bewijs dat functioneel nuttige acclimatisatie gedurende dagen tot weken aanhoudt. Schneider en collega’s (2002) beoordeelden AMS bij klimmers die aankwamen op de Capanna Margherita (4559 m) en onderzochten verschillende vastgestelde risicofactoren voor AMS. Zij stelden vast dat de drie onafhankelijke determinanten van vatbaarheid voor AMS de voorgeschiedenis, de stijgsnelheid en de blootstelling aan hoogte vooraf waren. Voldoende voorafgaande blootstelling aan hoogte werd bepaald als 5 of meer dagen boven 3000 m in de voorafgaande 2 maanden. Onafhankelijk van de bekende gevoeligheid, verminderden zowel voldoende blootstelling aan de hoogte als een langzame opstijging de prevalentie van AMS met ∼50%. Jammer genoeg bepaalden de onderzoekers niet de hoogteblootstellingsprofielen of het tijdstip van de voorblootstelling in verhouding tot de eigenlijke opstijging en beoordeling van AMS. Ten slotte is het mogelijk dat personen met een voorgeschiedenis van AMS ophielden met klimmen naar grote hoogte en dat de klimmende populatie in deze studie dus, door zelfselectie, geen personen met een hoge gevoeligheid voor AMS omvatte. Samenvattend kan worden gesteld dat, hoewel er nog belangrijke hiaten in de gegevens bestaan, het overgrote deel van de gegevens erop wijst dat hoogteacclimatisatie nog dagen tot enkele weken na de laatste blootstelling voortduurt.

Blootstelling aan hoogteacclimatisatie

Er zijn twee benaderingen voor hoogteacclimatisatie vóór blootstelling: continue en intermitterende blootstelling aan hoogte. Er is ruim bewijs dat continu verblijf op gematigde en grotere hoogten acclimatisatie induceert (Houston, 1955; Hansen et al., 1967; Houston en 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). Echter, in al deze eerdere studies volgde een verdere klim naar grotere hoogte onmiddellijk op de getrapte of getrapte klim naar grotere hoogten. Zoals eerder beschreven, behielden laaglanders die goed geacclimatiseerd waren tot 4300 m en die gedurende 7 dagen terugkeerden naar lage hoogten, hun gunstige acclimatisatie bij terugkeer naar 4300 m op dag 8 (Lyons et al., 1995; Muza et al., 1995; Beidleman et al., 1997). Er zijn geen gepubliceerde rapporten over de duur van gunstige acclimatisatie voor andere combinaties van grote hoogte en blootstellingsduur.

Hoogteacclimatisatie kan worden geïnduceerd door discontinue of intermitterende blootstelling aan hoogte (Muza, 2007). Er is overvloedig bewijs dat intermitterende blootstelling aan de hoogte wel degelijk ventilatieacclimatisatie induceert (Nagasaka en 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) en verbeteren de werkprestaties (Roskamm et al., 1969; Terrados et al., 1988; Vallier et al., 1996; Beidleman et al., 2003; Beidleman et al., 2008). Slechts één studie (Beidleman et al., 2004) heeft AMS onderzocht na intermitterende blootstelling aan hoogte. Wij vonden dat AMS afwezig was op 4300 m onmiddellijk na 15 dagen van 4 uur dagelijkse blootstelling aan 4300 m. Inclusief inspanningstraining op grote hoogte kan (Roskamm et al., 1969) of niet (Beidleman et al., 2003) de verbetering van de inspanningsprestatie op grote hoogte vergroten. In de meeste van deze studies werd de beoordeling van de “gunstige” acclimatisatie uitgevoerd binnen 24 uur na de laatste voorafgaande blootstelling. De persistentie van deze gunstige aanpassingen is dus onbekend. Bovendien werd in de meeste van deze studies gebruik gemaakt van hypobare kamers, en de blootstellingen vonden plaats op zeer grote hoogten (>4000 m) die in de natuurlijke omgeving niet gemakkelijk kunnen worden bereikt door personen die op geringe hoogte verblijven. Er zijn geen gepubliceerde studies over de doeltreffendheid van een waarschijnlijker scenario van voorafgaande blootstelling aan grote hoogte, waarbij gedurende 2 of meer weken een weekendverblijf op grote hoogte wordt gehouden. Bijvoorbeeld, op de relatief gemakkelijk te bereiken hoogte van 2200 m, ontwikkelt zich binnen de eerste 2 dagen (d.w.z. een weekend) een significante ventilatoire acclimatisatie (Beidleman et al., 2009). Het is echter onbekend hoe lang deze acclimatisatie zal aanhouden na de afdaling.

Ten slotte, zoals eerder beschreven, vonden Schneider en collega’s (2002) dat voldoende hoogtevoorbereiding 5 of meer dagen boven 3000 m doorgebracht in de voorafgaande 2 maanden was. Omdat het tijdstip van de hoogtevoorbereiding ten opzichte van de eigenlijke beklimming en de beoordeling van het AMS echter niet werd beoordeeld, is het mogelijk dat deze voorbereidingen dichter bij de eigenlijke beklimming plaatsvonden dan de periode van 2 maanden voorafgaand aan de blootstelling impliceert.

Aanbevelingen

Gezien de beperkte gegevens is het moeilijk om definitieve aanbevelingen te doen voor het ontwikkelen van een doeltreffende hoogteacclimatisatie met behulp van (continue of intermitterende) protocollen voor de voorbereiding op de beklimming. Bovendien zullen de geplande stijgsnelheid en de uiteindelijke hoogte van de daaropvolgende tocht dicteren welke mate van hoogteacclimatisatie men moet proberen te bereiken voor het vertrek voor de beklimming. Bijvoorbeeld, personen die een snelle beklimming plannen naar extreme hoogten, zoals de Kilimanjaro (5896 m), zullen meer acclimatisatie nodig hebben dan personen die een trektocht plannen langs de Pacific Crest Trail waar de piekhoogte 4009 m is. Bijgevolg zullen zij, wanneer zij naar grotere hoogten stijgen, waarschijnlijk een evenredige vermindering ervaren van de gevoeligheid voor het ontwikkelen van AMS en ook de door hypoxie veroorzaakte vermindering van de fysieke arbeidsprestatie verminderen. Voor personen die beneden 900 tot 1500 m verblijven, zal een zekere mate van hoogteacclimatisatie worden geïnduceerd door frequente blootstelling aan grote hoogte in de weken voorafgaand aan een reis naar grote hoogten. Het staat vast dat een zekere mate van acclimatisatie van de luchtwegen wordt ontwikkeld na 1 tot 2 dagen ononderbroken verblijf op gematigde (>1500 m) of grote (>2400 m) hoogte en met dagelijkse blootstellingen van 1,5 tot 4 uur aan >4000 m. Er zijn aanwijzingen dat 5 of meer dagen boven 3000 m in de laatste 2 maanden voorafgaand aan een beklimming tot grote hoogte de AMS aanzienlijk zal verminderen. In het algemeen is de mate van hoogteacclimatisatie evenredig met de bereikte hoogte en de duur van de blootstelling. Hoe groter de hoogteacclimatisatie, hoe langer de acclimatisatie functioneel nuttig zal blijven bij het afdalen. Bij gebrek aan definitief bewijs moet de opstijging naar grote hoogte echter zo snel mogelijk na de laatste hoogte-acclimatisatie worden gepland.

Disclosures

De auteurs hebben geen belangenconflicten of financiële banden te melden. Goedgekeurd voor publieke vrijgave; distributie is onbeperkt. De standpunten, meningen en/of bevindingen in deze publicatie zijn die van de auteurs en mogen niet worden opgevat als een officieel standpunt, beleid of besluit van het Leger, tenzij dit door andere documentatie wordt aangegeven. Eventuele citaten van commerciële organisaties en handelsnamen in dit rapport vormen geen officiële goedkeuring of goedkeuring van de producten of diensten van de organisaties door het Department of the Army.