Introduction

.

Mieszkańcy nizin (<1500 m) szybko wspinający się na duże (>2400 m), a zwłaszcza bardzo duże (>3500 m) lub ekstremalne (>5500 m) wysokości są narażeni na ryzyko rozwoju choroby wysokościowej (Gallagher i Hackett, 2004) i doświadczają znacznego pogorszenia fizycznej i poznawczej wydajności pracy (Fulco i in., 1998). Aklimatyzacja wysokościowa to szereg dostosowań fizjologicznych, które kompensują zmniejszenie ilości tlenu w otoczeniu. Aklimatyzacja wysokościowa jest najlepszą strategią zapobiegania ostrej chorobie górskiej (AMS) (Forgey, 2006) i pozwala ludziom osiągnąć maksymalną fizyczną i poznawczą wydajność pracy możliwą do osiągnięcia na wysokości, do której są aklimatyzowani (Fulco i in., 2000; Banderet i in., 2002). Zalecaną strategią wprowadzania aklimatyzacji wysokościowej jest stopniowe lub etapowe wchodzenie na górę z wysokością pierwszego noclegu nie większą niż 2400 m i dziennym przyrostem wysokości ograniczonym do 300 do 600 m (Forgey, 2006). Jednak dla wielu wspinaczy i trekkingowców, którzy mają napięty plan dnia, może brakować czasu na uzyskanie odpowiedniego stopnia aklimatyzacji wysokościowej. Na przykład, wejście na Kilimandżaro (5896 m n.p.m.) w najszybszym zalecanym tempie 600 m/dzień powyżej 2500 m (Hackett i Roach, 2001) wymagałoby 8 dni (6 dni wspinaczki i 2 dni odpoczynku) na aklimatyzację. Dla porównania, na popularnej komercyjnej trasie wspinaczkowej na szczyt, stosunkowo szybkie wejście obejmuje tylko 4 lub 5 nocy snu na wysokości powyżej 2500 m. Osoby podążające tą stosunkowo szybką drogą doświadczają wysokiej częstości występowania (∼75%) ostrej choroby górskiej, a tylko 51% do 61% z nich z powodzeniem osiąga szczyt (Karinen et al., 2008; Kayser et al., 2008, Davies et al., 2009). Aklimatyzacja do wysokości przed rozpoczęciem wspinaczki prawdopodobnie zmniejszyłaby podatność na AMS, poprawiłaby wydajność fizyczną i zwiększyłaby sukces w zdobywaniu szczytów.

Aklimatyzacja wysokościowa jest najczęściej wywoływana przez ciągłą ekspozycję na wysokości >1500 m. Jednak dla osób mieszkających na małej wysokości, w miesiącach lub tygodniach poprzedzających wyjazd na wspinaczkę, ciągłe przebywanie na dużej wysokości może nie być możliwe. W przypadku niektórych osób mieszkających na małej wysokości możliwe są sporadyczne 1- lub 2-dniowe wyprawy na umiarkowaną lub większą wysokość. Pytanie brzmi, czy ten rodzaj wstępnej ekspozycji na wysokość zapewnia jakiekolwiek korzyści, a jeśli tak, to jak długo utrzymuje się ta korzyść.

W miejsce aklimatyzacji dostępnych jest kilka leków, które skutecznie zmniejszają podatność na chorobę wysokościową (Hackett i Roach, 2001). Jednak wszystkie te leki (np. acetazolamid, deksametazon i sildenafil) mają potencjalne działania niepożądane, które ograniczają ich stosowanie, a żadna z tych interwencji farmaceutycznych nie poprawia bezpośrednio wydajności pracy fizycznej. W rzeczywistości, w najwyższej zalecanej dawce acetazolamid zmniejsza wydolność wytrzymałościową (Stager i in., 1990, Garske i in., 2003), pogarszając w ten sposób upośledzenie wydajności pracy spowodowanej wysokością. I odwrotnie, niższe dawki acetazolamidu mogą nie zapobiegać skutecznie AMS na wysokościach >4000 m (Dumont i in., 2000). Dlatego też aklimatyzacja wysokościowa pozostaje najlepszym podejściem do negowania szkodliwego wpływu wysokości na zdrowie i ludzką wydajność.

Celem tego przeglądu jest przedstawienie krótkiego opisu kluczowych fizjologicznych adaptacji aklimatyzacji wysokościowej, ocena korzyści płynących z preekspozycji wysokościowej oraz dostarczenie zaleceń dotyczących planowania i rozłożenia w czasie preekspozycji wysokościowej przed wyruszeniem w podróż na duże wysokości. Ze względu na możliwe różnice między hipobaryczną i normobaryczną hipoksją oraz ograniczenia dotyczące długości tego przeglądu, dokonano jedynie przeglądu stosowania hipobarycznej ekspozycji na rzeczywistą lub symulowaną wysokość w celu wywołania aklimatyzacji wysokościowej.

Aklimatyzacja wysokościowa

Istnieje wiele doskonałych, wyczerpujących przeglądów aklimatyzacji wysokościowej (Bisgard i Forster, 1996; Ward i in., 2000, Young i Reeves, 2002). W tym przeglądzie skoncentrujemy się na kluczowych adaptacjach, które występują w ciągu pierwszych kilku godzin do dni ekspozycji na wysokość.

Dostępne dowody sugerują, że w zakresie wysokości od 900 do 1500 m osiągany jest stopień hipoksji hipobarycznej, który stymuluje rozwój aklimatyzacji wysokościowej (Kellogg 1968, Honigman et al., 1993, Reeves et al., 1993). Dwie kluczowe adaptacje składające się na aklimatyzację wysokościową to zwiększona wentylacja i zmniejszenie całkowitej ilości wody w organizmie, co skutkuje zmniejszeniem objętości osocza (tj. hemokoncentracją). Wentylacyjna aklimatyzacja do wysokości charakteryzuje się stopniowym wzrostem wentylacji, ciśnienia parcjalnego tlenu w tętnicach i saturacji tlenem (Sao2) oraz spadkiem ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla w tętnicach wraz z normalizacją pH tętniczego podczas pierwszych 5 do 9 dni pobytu na dużej wysokości (Bisgard i Forster, 1996). Równolegle ze wzrostem wentylacji, zdolność krwi do przenoszenia tlenu jest zwiększona przez hemokoncentrację wynikającą ze zmniejszenia objętości osocza (Hoyt i Honig, 1996). Efektem netto zwiększonej wentylacji i hemokoncentracji jest prawie całkowita normalizacja zawartości tlenu w krwi tętniczej po około 7-dniowym pobycie na dużej wysokości (Sawka et al., 2000). Aklimatyzacja wentylacyjna może być przyspieszona przez lek acetazolamid (Kronenberg i Cain, 1968).

Ostra ekspozycja na dużą wysokość zwiększa częstość akcji serca i rzut serca w celu utrzymania systemowego dostarczania tlenu (Mazzeo i in., 1994). Ponieważ zawartość tlenu w tętnicach wzrasta wraz z aklimatyzacją wysokościową, zarówno rzut serca, jak i obwodowy przepływ krwi powracają do normy. To zmniejszenie przepływu krwi może przyczynić się do poprawy tolerancji wysiłku fizycznego poprzez zmniejszenie pracy serca i wydłużenie czasu dyfuzji dla tkankowej ekstrakcji tlenu (Sawka i in., 2000). Ostra ekspozycja na duże wysokości powoduje hipoksyczną wazokonstrykcję naczyń płucnych, co skutkuje wzrostem ciśnienia w tętnicy płucnej i może, u kilku osób, doprowadzić do wysokogórskiego obrzęku płuc (HAPE) (Gallagher i Hackett, 2004). Ostatnio wykazaliśmy, że stacjonowanie na wysokości ∼ 2200 m przez 6 dni znacząco osłabia wzrost ciśnienia w tętnicy płucnej (PAP) podczas późniejszego bezpośredniego wejścia na wysokość 4300 m (Baggish i in., 2010), co może zmniejszyć ryzyko rozwoju HAPE. Wraz z aklimatyzacją dochodzi do zwiększonego transportu i utleniania węglowodanów w obrębie aktywnych metabolicznie tkanek (Brooks et al., 1991). W związku z tym, w środowisku o niskiej zawartości tlenu, węglowodany są preferowanym źródłem paliwa (Fulco i in., 2005).

Przy ciągłym przebywaniu na wysokości, obciążenie fizjologiczne związane z wysiłkiem fizycznym jest mniejsze, a tolerancja wysiłku fizycznego na wysokości jest lepsza w porównaniu z tolerancją początkową po przyjeździe (Horstman i in., 1980; Fulco i in., 2005). Co więcej, objawy AMS ustępują wraz z aklimatyzacją (Gallagher i Hackett, 2004). Na przykład, jeśli osoby dotknięte AMS zaprzestaną dalszej wspinaczki i odpoczną na aktualnej wysokości, u ∼ 80% objawy AMS ustąpią w ciągu 2 do 7 dni (Gallagher i Hackett, 2004) w miarę aklimatyzacji do hipoksji. Wyniki te zmniejszają ryzyko poprzez poprawę oceny sytuacji, zmniejszenie zmęczenia i choroby oraz zwiększenie prawdopodobieństwa pomyślnego ukończenia wędrówki lub wejścia na dużą wysokość.

Aklimatyzacja jest specyficzna dla wysokości; oznacza to, że pełna aklimatyzacja na jednej wysokości powoduje jedynie częściową aklimatyzację na wyższej wysokości. Ilość czasu wymagana dla osoby, aby się zaaklimatyzować jest funkcją fizjologii tej osoby i wielkości wyzwania hipoksyjnego, jak określono przez wysokość osiągniętą (Reeves et al., 1993). Osoby bez niedawnej (>1 miesiąc) aklimatyzacji wysokościowej wymagają największej kompensacji fizjologicznej, a tym samym najdłuższego czasu na aklimatyzację. Osoby przebywające na umiarkowanych lub dużych wysokościach szybciej osiągają aklimatyzację do większych wysokości (Muza i in., 2004). W przypadku większości osób narażonych na przebywanie na dużych wysokościach, 70% do 80% aklimatyzacji oddechowej następuje w ciągu 4 do 10 dni, a 80% do 90% aklimatyzacji ogólnej zostaje osiągnięte w ciągu 2 tygodni do miesiąca (Purkayastha et al., 1995). Przebieg czasowy dla kilku wyników aklimatyzacji (wyniki fizyczne i poznawcze, AMS, Sao2 i częstość akcji serca) zmierzonych w naszym Laboratorium Pikes Peak na wysokości 4300 m są zilustrowane na Ryc. 1.

Deaklimatyzacja wysokościowa

Po nabyciu aklimatyzacji utrzymuje się ona tak długo, jak długo dana osoba pozostaje na wysokości, ale jest tracona w ciągu kilku dni do tygodni po powrocie na niższe wysokości. Tempo, w jakim następuje deaklimatyzacja wysokości nie zostało dobrze zbadane. Nasze laboratorium (Lyons i in., 1995; Muza i in., 1995; Beidleman i in., 1997) aklimatyzowało mieszkańców nizin na wysokości 4300 m n.p.m. przez 16 dni, a następnie odesłało ich na poziom morza na 7 dni. W 8 dniu na poziomie morza, wznieśli się oni na wysokość 4300 m w celu całonocnej ekspozycji w naszej komorze hipobarycznej. Te uprzednio zaaklimatyzowane osoby zachowały około 50% swojej aklimatyzacji oddechowej, były całkowicie pozbawione AMS i miały zmniejszone obciążenie fizjologiczne podczas submaksymalnych ćwiczeń. Savourey i współpracownicy (1996) opisali grupę wspinaczy powracających na niską wysokość 10 dni po opuszczeniu obozu bazowego Mt. Everest; po ponownej ekspozycji na 4500 m w komorze hipobarycznej, spoczynkowe i wysiłkowe Sao2 było nadal znacząco wyższe niż przed aklimatyzacją. Wreszcie, Sato i współpracownicy (1992) zmierzyli hipoksyczną odpowiedź wentylacyjną (HVR) u mieszkańców nizin w ciągu 5 dni pobytu na wysokości 3810 m i w ciągu 1 tygodnia po powrocie na poziom morza. HVR była znacząco podwyższona do 3 dnia pobytu na wysokości i pozostała podwyższona przez pierwsze 3 dni po powrocie na poziom morza. Jednakże, w przeciwieństwie do wyników tych badań, Richalet i współpracownicy (2002) nie zaobserwowali zmniejszenia nasilenia AMS podczas pierwszych 2 dni na bardzo dużej wysokości u górników pracujących naprzemiennie przez 7 dni na wysokości od 3800 do 4600 m i odpoczywających przez 7 dni na poziomie morza. Ponieważ było to badanie terenowe, inne czynniki środowiskowe lub związane z pracą mogły zniweczyć jakikolwiek korzystny efekt aklimatyzacji u tych górników. Ogólnie rzecz biorąc, większość ustaleń z tych bezpośrednich badań nad deaklimatyzacją wysokościową sugeruje, że aklimatyzacja zmniejsza się po zejściu na małą wysokość, ale jest zachowana przez co najmniej 1 tydzień u osób dobrze zaaklimatyzowanych i przez co najmniej 3 dni u osób z gorzej rozwiniętą aklimatyzacją.

Jedno badanie dostarcza pośrednich dowodów na to, że funkcjonalnie użyteczna aklimatyzacja utrzymuje się przez dni do tygodni. Schneider i współpracownicy (2002) ocenili AMS u wspinaczy przybywających na Capanna Margherita (4559 m) i zbadali kilka ustalonych czynników ryzyka dla AMS. Stwierdzili, że trzy niezależne determinanty podatności na AMS to wcześniejsza historia, tempo wspinaczki i ekspozycja na wysokość. Wystarczająca preekspozycja wysokościowa została określona jako 5 lub więcej dni spędzonych powyżej 3000 m w ciągu poprzedzających 2 miesięcy. Niezależnie od znanej podatności, zarówno odpowiednia preekspozycja wysokościowa, jak i powolne wznoszenie się zmniejszyły częstość występowania AMS o ∼50%. Niestety, badacze nie określili profili ekspozycji wysokościowej ani czasu ekspozycji wstępnej w stosunku do rzeczywistego wznoszenia się i oceny AMS. Wreszcie, możliwe jest, że osoby z historią AMS zaprzestały wspinaczki na dużych wysokościach, a zatem, poprzez autoselekcję, populacja wspinaczkowa w tym badaniu nie obejmowała osób o dużej podatności na AMS. Podsumowując, chociaż nadal istnieją znaczne luki w danych, większość dowodów sugeruje, że aklimatyzacja wysokościowa utrzymuje się przez kilka dni do kilku tygodni po ostatniej ekspozycji wstępnej.

Aklimatyzacja wysokościowa przed ekspozycją

Istnieją dwa podejścia do aklimatyzacji wysokościowej przed ekspozycją: ciągłe i przerywane ekspozycje wysokościowe. Istnieje wiele dowodów na to, że ciągłe przebywanie na umiarkowanych i wyższych wysokościach wywołuje aklimatyzację (Houston, 1955; Hansen et al., 1967; Houston i 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). Jednak we wszystkich tych wcześniejszych badaniach, dalsze wchodzenie na wyższe wysokości następowało bezpośrednio po etapowym lub stopniowym wchodzeniu na wyższe wysokości. Jak wcześniej opisano, osoby dobrze zaaklimatyzowane do wysokości 4300 m, które powróciły na niską wysokość na 7 dni, zachowały korzystną aklimatyzację po powrocie na 4300 m w dniu 8 (Lyons i in., 1995; Muza i in., 1995; Beidleman i in., 1997). Nie ma opublikowanych raportów dotyczących czasu trwania korzystnej aklimatyzacji dla innych kombinacji wysokości i czasu trwania ekspozycji.

Aklimatyzacja wysokościowa może być wywołana przez nieciągłą lub przerywaną ekspozycję wysokościową (Muza, 2007). Istnieją liczne dowody na to, że przerywane ekspozycje wysokościowe wywołują aklimatyzację oddechową (Nagasaka i Satake, 1969; Savourey i in., 1996; Chapman i in., 1998; Katayama i in., 1998; Rodriguez i in., 2000; Ricart et al., 2000; Katayama et al., 2001; Beidleman et al., 2004) i poprawiają wydajność pracy (Roskamm et al., 1969; Terrados et al., 1988; Vallier et al., 1996; Beidleman et al., 2003; Beidleman et al., 2008). Tylko jedno badanie (Beidleman i in., 2004) dotyczyło AMS po przerywanych ekspozycjach wysokościowych. Stwierdziliśmy, że AMS nie występowało na wysokości 4300 m bezpośrednio po 15 dniach 4-godzinnej ekspozycji na wysokość 4300 m. Włączenie do treningu ćwiczeń na dużych wysokościach może (Roskamm i in., 1969) lub nie (Beidleman i in., 2003) zwiększać poprawę wydolności fizycznej na dużych wysokościach. W większości tych badań ocena „korzystnej” aklimatyzacji została dokonana w ciągu 24 godzin od ostatniej ekspozycji. Dlatego też nie wiadomo, jak długo utrzymują się te korzystne adaptacje. Ponadto, większość z tych badań wykorzystywała komory hipobaryczne, a ekspozycje były na bardzo dużych wysokościach (>4000 m), które nie mogą być łatwo osiągnięte w naturalnym środowisku przez osoby mieszkające na małej wysokości. Nie ma opublikowanych badań dotyczących skuteczności bardziej prawdopodobnego scenariusza ekspozycji wstępnej na wysokość, w którym weekendowe pobyty na dużych wysokościach byłyby powtarzane przez 2 lub więcej tygodni. Na przykład, na stosunkowo łatwo osiągalnej wysokości 2200 m n.p.m., w ciągu pierwszych 2 dni (tj. weekendu) rozwija się znaczna aklimatyzacja oddechowa (Beidleman i in., 2009). Nie wiadomo jednak, jak długo ten stopień aklimatyzacji utrzyma się po zejściu z wysokości.

Wreszcie, jak już wcześniej opisano, Schneider i współpracownicy (2002) stwierdzili, że wystarczająca preekspozycja wysokościowa to 5 lub więcej dni spędzonych powyżej 3000 m w ciągu poprzedzających 2 miesięcy. Jednakże, ponieważ nie oceniono czasu wstępnej ekspozycji wysokościowej w stosunku do rzeczywistego wznoszenia się i oceny AMS, możliwe jest, że te wstępne ekspozycje miały miejsce bliżej rzeczywistego wznoszenia się niż implikowane przez 2-miesięczny okres wstępnej ekspozycji.

Zalecenia

Zważywszy na ograniczone dane, trudno jest przedstawić ostateczne zalecenia dotyczące opracowania skutecznej aklimatyzacji wysokościowej przy użyciu protokołów wstępnej ekspozycji (ciągłej lub przerywanej). Dodatkowo, planowane tempo wchodzenia na wysokość i ostateczna wysokość kolejnej wyprawy będą dyktować, jaki stopień aklimatyzacji wysokościowej należy próbować osiągnąć przed wyruszeniem na wspinaczkę. Na przykład, osoby planujące szybkie wejście na ekstremalne wysokości, takie jak Mt. Kilimandżaro (5896 m), będą wymagały większej aklimatyzacji niż osoby planujące wędrówkę wzdłuż szlaku Pacific Crest, gdzie wysokość szczytu wynosi 4009 m. Dlatego poniższe wytyczne powinny być postrzegane jako wstępne i stosowane jako szerokie, a nie szczegółowe wskazówki.

Osoby przebywające w obrębie lub powyżej 900 do 1500 m prawdopodobnie rozwinęły stopień aklimatyzacji proporcjonalny do wielkości bodźca hipoksyjnego. W związku z tym, po wejściu na wyższe wysokości prawdopodobnie doświadczą proporcjonalnego zmniejszenia podatności na rozwój AMS, a także złagodzą wywołany hipoksją spadek wydajności pracy fizycznej. W przypadku osób przebywających na wysokości poniżej 900-1500 m n.p.m., pewien stopień aklimatyzacji wysokościowej zostanie wywołany przez częste przebywanie na dużych wysokościach w tygodniach poprzedzających wyjazdy na duże wysokości. Wiadomo, że pewien stopień aklimatyzacji oddechowej zostanie osiągnięty w ciągu 1-2 dni ciągłego pobytu na umiarkowanych (>1500 m) lub dużych (>2400 m) wysokościach i przy codziennym 1,5- do 4-godzinnym narażeniu na wysokość >4000 m. Istnieją dowody na to, że 5 lub więcej dni na wysokości powyżej 3000 m w ciągu ostatnich 2 miesięcy przed wyjazdem na dużą wysokość znacznie zmniejszy AMS. Ogólnie rzecz biorąc, stopień rozwoju aklimatyzacji wysokościowej jest proporcjonalny do osiągniętej wysokości i czasu trwania ekspozycji. Im większy stopień aklimatyzacji wysokościowej, tym dłużej aklimatyzacja funkcjonalnie użyteczna będzie utrzymywać się po zejściu z wysokości. Jednakże, w przypadku braku ostatecznych dowodów, wejście na dużą wysokość powinno być zaplanowane tak szybko, jak to możliwe po ostatniej ekspozycji na wysokość.

Ujawnienia

Autorzy nie mają konfliktu interesów ani powiązań finansowych do zgłoszenia. Zatwierdzono do publicznego rozpowszechniania; dystrybucja jest nieograniczona. Poglądy, opinie i/lub ustalenia zawarte w tej publikacji są poglądami autorów i nie powinny być interpretowane jako oficjalne stanowisko, polityka lub decyzja Departamentu Armii, chyba że tak określono w innej dokumentacji. Wszelkie cytaty organizacji komercyjnych i nazw handlowych w tym raporcie nie stanowią oficjalnego poparcia lub aprobaty Departamentu Armii dla produktów lub usług tych organizacji.