FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA (11 WYKŁAD, 19.05.2011 R.)
Fizjologia człowieka w warunkach wysokogórskich, zjawisko hipoksji
[Himalaiści i alpiniści mają przerośniętą prawą komorę serca.]
I. HIPOKSJA – mało tlenu we krwi; zachodzi na dużych wysokościach;
[Hipoksja – niedobór tlenu w tkankach powstający w wyniku zmniejszonej dyfuzji tlenu w płucach (hipoksja hipoksemiczna) lub zaburzenia transportu tlenu przez krew do tkanek (hipoksja ischemiczna).
Podczas wzrostu komórek w tkankach hipoksja jest jednym z czynników indukujących angiogenezę - wikipedia]
10 – 15 mln ludzi prowadzi stałe życie powyżej 3500 m n.p.m., m.in. Tybet (np. Birma, Chiny, Tybet), Andy (np. Boliwia), wyżyny Etiopii
Objawy u ludzi znajdujących się na dużych wysokościach są podobne do takich, jak u ludzi z anemią -> anoksemia – niedobór tlenu we krwi w stosunku do zapotrzebowania
Wyróżniamy:
a) Hipoksję hipoksyczną wywołaną obniżeniem prężności tlenu we wdychanym powietrzu
b) hipoksję hipoksemiczną, prowadząca w wyniku obniżenia prężności tlenu we krwi (niedokrwistość, zmiany wiązania O2 przez hemoglobinę)
c) hipoksję krążeniową lub zastoinową, wywołaną zmniejszonym przepływem krwi przez tkanki
d) hipoksję cytotoksyczną powstającą przy dostatecznym dopływie tlenu do tkanek, który nie może być wykorzystany na skutek uszkodzenia komórkowych układów enzymatycznych
Prawidłowa prężność – 100 – 103 mm Hg we krwi
Wartość krytyczna dla mitochondrium – gdy obumiera komórka, bo nie ma tlenu -> poniżej 1 mm Hg
Prężność powietrza: 102 – 0,33 x wiek w latach
1. W organizmie człowieka o przepływie tlenu z atmosfery do mitochondriów decydują następujące czynniki:
- wentylacja płuc
- dyfuzja pęcherzykowo-włośniczkowa w płucach
- krążenie krwi (przepływ krwi)
- dyfuzja w tkankach
2. Wyróżnia się 3 rodzaje reakcji organizmu na hipoksję wysokościową:
- doraźne (ostre) przystosowanie się do organizmu do hipoksji, którego objawy występują czasem już na poziomie ok. 2000 m n.p.m., a jako reguła do 3000 m n.p.m. bezpośrednio po osiągnięciu tych wysokości
- aklimatyzacja wysokościowa, rozwijająca się stopniowo w miarę przebywania na dużych wysokościach
- trwała adaptacja do środowiska wysokogórskiego – ten mechanizm nie rozwinął się u człowieka, mimo zamieszkiwania od setek lat kolejnych pokoleń na wysokości 4000 – 5000 m n.p.m. i wyżej. Utrwalona genetycznie adaptacja do hipoksji wysokościowej występuje natomiast u wielu gatunków zwierząt
3. Czas rezerwowy – czas, w ciągu którego zostaje zachowana pewna sprawność czynności psychoruchowych i czas po upływie którego występuje zupełna utrata świadomości
4. Meteoryzm – gwałtowny spadek ciśnienia atmosferycznego może powodować gwałtowne rozprężenie gazów w jamie ciała (jamie brzusznej, zatokach czołowych i zatokach obocznych nosa i innych), może to grozić ostrymi dolegliwościami bólowymi lub uszkodzeniem tkanki
5. Fizjologia dużych wysokości – zaczyna się od 3000 m n.p.m.
Duża wysokość: 1500-3500 m n.p.m.
Bardzo duża wysokość: 3500-5500 m n.p.m.
Ekstremalna wysokość: powyżej 5500 m n.p.m.
Strefa śmierci: powyżej 7900 m n.p.m.
6. Reakcje organizmu na dużych wysokościach (powyżej 3000 m n.p.m.):
- zakłócenie syntezy rodopsyny (barwnika siatkówki) – prowadzi to do gorszego widzenia w ciemności; jeśli osoba wykonuje wysiłek fizyczny, to zakłócenie to występuje wcześniej
- powyżej 4500 m n.p.m. zaburzenia w testach psychologicznych, motorycznych
- paradoks tlenowy – jeśli na dużej wysokości ktoś ma problemy z tlenem (ma duszności, bo nie ma wystarczającej ilości tego tlenu) i poda mu się tlen, to zamiast się polepszyć, pogorszy się stan tej osoby (związane to ze zbyt małą ilością dwutlenku węgla, a zbyt dużą tlenu).
- reakcja układu oddechowego: zwiększenie wentylacji płuc (powyżej 2500 m n.p.m. zwiększa się częstość oddechów na minutę); wentylacja płuc wzrasta z czasem (ułatwiona mechanika wdychania i wydychania)
- układ krążenia: brak tlenu powoduje zwiększenie częstości uderzeń serca na minutę, pojemność minutowa serca wzrasta, ale bez zmiany objętości wyrzutowej – serce nie jest w stanie tak szybko się skurczać, tak jak na nizinach, ale częstość jest większa niż na nizinach
- pojemność wyrzutowa x ilość uderzeń serca – pojemność tlenowa krwi wzrasta – brak tlenu powoduje, że nerki wydzielają erytropoetynę (EPO – zwiększa ona ilość erytrocytów we krwi -> co prowadzi do wzrostu hematokrytu nawet do 80% -> to powoduje, że jest więcej erytrocytów i hemoglobiny i w pojedynczych komórkach -> pojemność krwi się zwiększa)
Na dużych wysokościach utrata wody wynosi 1,5 - 2,5 l, dlatego trzeba spożywać tam 3-4 l wody (następuje problem z wydalaniem moczu - prowadzi to do obrzęków; dlatego stosuje się leki diuretyczne;)
7. Wydolność fizyczna na dużych wysokościach zmniejsza się już od 1000 m n.p.m. (gdy jest duży stosunek ATP do ADP – dużo energii jest spalane; w górach jest więcej ATP niż ADP – problem z energią)
Mniejsze wykorzystanie glikogenu mięśniowego, zmniejsza się masa mięśni i masa ciała
Gdy zwiększa się hematokryt, zwiększa się gęstość krwi – spada liczba mitochondriów
Ludzie, którzy mieszkali w górach czuli się źle na nizinach (ciepłych) i odwrotnie.
8. Zagrażające zdrowiu czynniki środowiska wysokogórskiego można podzielić następująco:
- warunki klimatyczno-geograficzne
- warunki atmosferyczne: temperatura, ciśnienie powietrza i ciśnienie parcjalne tlenu, wilgotność atmosfery, wiatr, nasłonecznienie
- warunki mikrobiologiczne
- promieniowanie słoneczne i kosmiczne
9. Czynniki socjologiczne i psychologiczne typowe w takim środowisku dla alpinistów:
- izolacja uczestników wypraw alpinistycznych od środowiska, w którym naturalnie przebywają
- przebywanie w odmiennej kulturze i tradycjach, odmiennym języku
- swoista atmosfera w zespole wyprawowym: osobowość poszczególnych jego uczestników, motywacja do wspinaczki
10. Z chorobą wysokościową związanych jest szereg dolegliwości i objawów, na które składają się: ból głowy (podobny do kacowego bólu głowy, nasilają się rano), bezsenność, apatia, utrata koordynacji, opuchlizna wokół oczu i twarzy, kaszel, skrócenia oddechu, uczucie nacisku na piersi, nieregularny oddech, utrata apetytu, nudności, wymioty, zmniejszenie ilości wydalanego moczu, słabość, uczucie „ciężkich” nóg.
a) Choroba wysokogórska występuje u około: 25% osób na wysokości powyżej 2500 m n.p.m.; 75% osób na wysokości 4500 m n.p.m. i wyżej. Trwa około 1-3 dni i więcej, dotyka częściej kobiet.
b) różne nazwy choroby:
- soroche (Peru)
- paramos (Kolumbia)
- puna (Boliwoa i Chile)
- tuna, bis lub mundara (Azja)
- biszka –chaba co znaczy choroba górska i jadowite powietrze (Himalaje)
- Góry Hindukusz mają nazwę od hindi – Hindus i kusz ten – zabijać, czyli Góry, które zabijają każdego, kto ośmieli się je przekraczać!!!
11. Ostra choroba wysokościowa i jej objawy trwa krótko, od kilku do kilkunastu dni. Charakteryzuje się: spadkiem siły fizycznej, nagłym wzrostem męczliwości, niechęcią do wysiłków fizycznych i umysłowych. Objawom towarzyszą bóle i zawroty głowy, nudności, wymioty, zaburzenia oddechu, krwawienie z nosa, szum w głowie, rzadziej zaburzenia ostrości widzenia i wydzielania moczu. Ze strony układu nerwowego obserwujemy zaburzenia nastroju lub apatii, może występować podniecenie psychiczne, nadmierna senność, zaburzenie koordynacji ruchowej, osłabienie pamięci, czasami dezorientacja.
12. Przewlekła choroba górska została odkryta przez Monge’a w roku 1925, polega na niemożliwości aklimatyzacji do wysokości powyżej 3600 m n.p.m. Objawy to: ból głowy, szum w uszach, mrowienie rąk, kaszel, ogólne zmęczenie, zaburzenia oddechu, krwioplucie, sinica wysiłkowa, spadek łaknienia oraz zaburzenia żołądkowo-jelitowe, bezsenność. W tej chorobie wyróżnia się formę: mózgową, neuroplegiczną, sercową, pokarmową, oddechową i psychiczną, Choroba ta często kończy się śmiercią.
13. Wysokościowy obrzęk płuc (wop) – objawy towarzyszące tej chorobie: poza objawami ostrej choroby górskiej są to duszność początkowo po wysiłku, potem nawet w spoczynku, kaszel (początkowo uporczywy i suchy, potem z wodnistą i podbarwioną krwią, wydzieliną), sinica (sine płytki paznokciowe, wargi) świadczące o problemach z dostarczeniem tlenu do tych tkanek, gorączka, wzrost tętna powyżej 100 i liczby oddechów powyżej 20 na minutę. W spoczynku stan chorego pogarsza się w miarę wysokości.
Jest to nierównomierny rozkład krwi w organizmie, zwężenie w jednym miejscu naczyń krwionośnych, między obiegiem płucnym i trzewnym wzrasta ciśnienie.
14. Wysokościowy obrzęk mózgu (wom) – objawy: ataksja czyli bezład i brak koordynacji ruchów, nudności i wymioty, zmiany zachowania, dezorientacja, halucynacje, drgawki, śpiączka. Postępujący obrzęk mózgu powoduje często upośledzenie procesów myślowych i różne problemy neurologiczne, poza ataksją i halucynacjami mogą pojawić się porażenia mięśni po jednej stronie ciała.
Następuje przesącz pod opony mózgowe.
15. Pozostałe objawy na wysokości: odwodnienie (para wodna łatwiej się oddaje, gdyż jest pod ciśnieniem) Trzeba pić ok. 4 l płynów), obwodowe obrzęki wysokościowe, udar cieplny, oparzenia słoneczne, ślepota śnieżna, zaburzenia psychiczne w warunkach wysokogórskich, urazy głowy, szyi, grzbietu i kończyn, porażenia piorunem, zaburzenia jelitowe, panika
II. HIPOTERMIA - czyli ochłodzenie organizmu – dolegliwość, w wyniku której temperatura ciała (u ludzi) spada poniżej bezwzględnego minimum normy fizjologicznej czyli 36 °C. Stan taki jest spowodowany zbyt szybkim ochładzaniem organizmu w stosunku do jego zdolności wytwarzania ciepła. [wikipedia]
- Człowiek jest homeotermiczny (stałocieplny); poikilotermia – zmiennocieplność.
- Temperatura ciała u człowieka wynosi między 36,2 a 360C. Temperatura skóry wynosi 33 – 34 0C.
- Aby móc zasnąć, trzeba obniżyć swą temperaturę o 10C (kiedy jest nam gorąco, mamy trudności z zaśnięciem.)
- najwyższa temperatura jest między 8:00 a 12:00, najniższa o 6:00
- Kobiety (przed jajeczkowaniem temp. wyższa, po jajeczkowaniu niższa) mają nieco wyższą temperaturę od mężczyzn
- wzór na obliczenie ciepła: Tc = (0,4 x Tsr) + (0,6 x Tre)
1. Rodzaje hipotermii:
a) umiarkowana (32-350C)
b) średnia (30-320C)
c) głęboka (poniżej 300C)
2. Hipotermia może powodować:
a) odmrożenia
b) urazy nieodmrożeniowe
- odmrozina (pernio) – na skutek działania niskiej temperatury i wiatru
- stopa okopowa (zanurzeniowa) – przypomina oparzenie I stopnia
3. Można wyróżnić 4 strefy wpływu na organizm zmieniającej się temperatury otoczenia:
a) strefa komfortu cieplnego – względne wąskie pasmo warunków termicznych, w których stała temperatura wewnętrzna utrzymywana jest dzięki małym adaptacyjnym zmianom eliminacji ciepła przez ustrój (na drodze przewodzenia, promieniowania i parowania).
b) strefa chłodu – strefa, w której skuteczność termoregulacji fizycznej osiąga granice, ale nie jest jeszcze potrzebne zwiększenie wytwarzania ciepła dla zachowania homeostazy termicznej, wzrasta znaczenie zmian behawioralnych (poruszanie się, pozycja ciała).
c) strefa zimna – temperatura powietrza jest niższa od krytycznej (graniczna temperatura powietrza, poniżej której zwiększa się wytwarzanie ciepła w organizmie), stała temperatura wewnętrzna zostaje utrzymana dzięki uruchomieniu „drugiej linii obrony” – zwiększeniu wytwarzania ciepła w organizmie.
d) strefa nietolerowanego zimna – mimo maksymalnego nasilenia reakcji termoregulacyjnych, homeostaza termiczna zostaje zakłócona, temperatura wewnętrzna ciała obniża się
4. Temperatura poszczególnych narządów: najwyższa w mózgu, żyle wrotnej i mięśniach
5. Ekstremalne temperatury wnętrza ciała, przy których możliwe jest jeszcze przeżycie człowieka, mieści się w granicach 24-45,60C. Śmierć następuje, gdy temperatura spadnie poniżej 270C lub wzrośnie powyżej 420C.
6. Drogi wymiany ciepła:
a) konwekcja – jeśli skóra jest cieplejsza niż powietrze (lub woda), to przylegająca do skóry warstwa powietrza (lub wody) jest ogrzewana, unoszona do góry, a jej miejsce ponownie zajmuje zimniejsza warstwa. Proces ten nazywa się konwekcją naturalną, a jej wielkość zależy od różnicy temperatur między skórą a środowiskiem. Zwiększenie ruchu powietrza lub wody zwiększa utratę ciepła (konwekcja wymuszona). [Wprowadzenie do fizjologii klinicznej]
b) promieniowanie – każde ciało jest źródłem promieniowana elektromagnetycznego, a szybkość wymiany ciepła jest proporcjonalna do różnicy między temperaturą skóry podniesioną do czwartej potęgi a temperaturą obiektów otoczenia. Ponadto utrata lub pozyskiwanie ciepła przez promieniowanie są proporcjonalne do powierzchni ciała zwróconej do obiektu o niższej lub wyższej temperaturze. W związku tym pozycja ciała może decydować o wielkości wymiany ciepła. [Wprowadzenie do fizjologii klinicznej]
c) przewodzenie – występuje wtedy, gdy ciało człowieka pozostaje w bezpośrednim kontakcie z ciałem o stałym lub płynnym stanie skupienia, a ilość przewodzonego ciepła zależy, przede wszystkim, od przewodnictwa cieplnego stykającego się ze skórą i różnicą temperatur [Wprowadzenie do fizjologii klinicznej]
d) parowanie potu – podstawowa rola w chłodzeniu skóry. W warunkach spoczynku. W neutralnej temp. otoczenia zachodzi parowanie widoczne i niewidoczne. Parowanie niewidoczne nie podlega kontroli fizjologicznej. Jest to parowanie wody przedostającej się do skóry na skutek dyfuzji oraz parowanie wody z pęcherzyków płucnych i błon śluzowych dróg oddechowych. Proces parowania zachodzi wówczas, gdy prężność powietrza na powierzchni skóry jest wyższa niż prężność pary w powietrzu. Znaczenie termoregulacyjne ma tylko parowanie potu. Jest to jedyna droga usuwania ciepła w otoczeniu o temperaturze równej lub wyższej niż temperatura skóry. [Wprowadzenie do fizjologii klinicznej]
7. Układ termoregulacyjny składa się z 3 podstawowych elementów:
a) termoreceptory i termodetektory – struktury wrażliwe na zmiany temperatury otoczenia lub temperatury wnętrza ciała
b) ośrodek termoregulacji – integrujący i transformujący informacje ze struktur wrażliwych na temperaturę ( podwzgórze) c) efektory układu termoregulacji
Termoreceptory obwodowe – znajdują się w skórze, dzielą się na receptory ciepła i zimna wg kryterium czynnościowego.
8. Gorączka – stan podwyższenia temperatury wewnętrzne ciała do poziomu przekraczającego zakres jej prawidłowych dobowych zmian przy sprawnie działającej termoregulacji.
Bakterie i wirusy chorobotwórcze zawierają substancje zwane pirogenami egzogennymi (w przypadku bakterii gram ujemnych jest to lipopolisacharyd). Pirogen egzogenny oddziałowuje na krwinki białe, monocyty i makrofagi krwi oraz osiadłe komórki układu limfoidalnego, stymulując uwalnianie pirogenu endogennego lub leukocytarnego, co prowadzi do podwyższenia temperatury wewnętrzne ciała.
Gorączka: trzęsiemy się, jest nam zimno, pijemy gorące.
Hipertermia: jest nam gorąco, chowamy się w cień, pijemy zimne.
Hipertermia - Przyrost temperatury ciała o 1-1,5oC powoduje obciążenie prawie wszystkich narządów a powyżej 2,5oC poważnie zaburza czynności układu krążenia, układu pokarmowego oraz powoduje przykurcz mięśni. W warunkach odwodnienia następuje pogłębienie hipertermii, uczucie apatii, zmęczenia. Śmierć następuje wskutek zapaści sercowo-naczyniowej i udaru. Na hipertermię narażone są szczególnie małe dzieci i osoby w podeszłym wieku z powodu zaburzeń w termoregulacji tych osobników. Wykryto przypadki hipertermii złośliwej, genetycznie uwarunkowanej choroby (allel na chromosomie 19). Predysponowane osoby cechuje niezwykle szybki wzrost temperatury ciała podczas zabiegów z użyciem narkozy ogólnej. Powodem takiego rozstrojenia termoregulacji jest zachwianie równowagi pomiędzy jonami wapnia a jonami sodu.
Zarówno wysoka jak i niska temperatura jest silnym bodźcem stresowym uruchamiający szereg procesów obronnych.
9. Reakcje prowadzące do upośledzenia mechanizmu regulacji temperatury:
- utrata wody i elektrolitów
- jeśli straty nie są wyrównywane, występuje zaburzenie ze strony układu pokarmowego
- proces pocenia się ulega zahamowaniu
- udar cieplny związany z zaburzeniami w funkcjonowaniu układu termoregulacyjnego
10. Reakcja organizmu człowieka na zimno:
- skurcz obwodowych naczyń krwionośnych. Zmniejszenie skórnego przepływu krwi zmniejsza utratę ciepła
- na skutek zwężenia naczyń skóry krew z żył powierzchniowych kierowana jest do żył głębokich, przebiegających w sąsiedztwie tętnic. W ten sposób krew tętnicza dopływająca do kończyny, mająca stosunkowo wysoką temperaturę oddaje ciepło chłodnej krwi żylnej. Ten przeciwprądowy wymiennik ciepła pozwala zachować ciepło wewnątrz organizmu.
- gdy temperatura otoczenia obniża się mniej więcej do 100C, naczynia krwionośne dłoni i stóp zaczynają ulegać periodycznemu rozszerzaniu się (tzw. Fale Lewisa). Jest to reakcja, która chroni kończyny przed odmrożeniem.
11. Stadia zmian pod wpływem hipotermii:
- obniżenie temp. do 35 0C powoduje silne drżenie mięśniowe, stwierdza się często hipoglikemię. Z czasem następuje zahamowanie drżenia
- stopniowe zmniejszenie precyzji ruchów, 34-330C zaburzenia świadomości, brak czucia, zaburzenia wzroku
- 32-310C – u niektórych osób utrata świadomości
- 31-300C – częstość skurczów serca oraz ciśnienie tętnicze krwi ulega obniżeniu
- 300C – arytmia,człowiek traci zdolność wytwarzania i zatrzymywania ciepła i staje się poikilotermiczny
- 28-250C migotania komór – bezpośrednia przyczyna śmierci
12. Największa utrata ciepła w wodzie:
- powierzchnia pachwin
- okolica ciemieniowej głowy
- boczne powierzchnie klatki piersiowej
13. Aklimatyzacja do niskiej temperatury:
3 rodzaje adaptacji:
- hipotermiczna ( zmniejszenie temperatury ciała) -izolacyjna ( pogrubienie tkanki podskórnej- tłuszczowej) - metaboliczna ( powstaje brunatna tkanka)
14. Naczynia krwionośne twarzy są niewrażliwe na temp. od -280C do 320C.
Tkanka tłuszczowa brunatna – odpowiedzialna za termogenezę bezdrżeniową u noworodków (termogeneza zwiększa możliwości wytwarzania ciepła)
Termogeneza drżeniowa (termogeneza dreszczowa) - proces wytwarzania ciepła przez szybko, ale nieznacznie i nieskoordynowanie kurczące się włókna mięśniowe. Jest to podstawowy mechanizm dostarczania ciepła u człowieka dorosłego, narażonego na działanie zimna. Zapobiega ochłodzeniu ciała w niskiej temperaturze otoczenia. Drżenie mięśniowe kontrolują odpowiednie neurony ośrodka termoregulacji, które są aktywowane przez impulsy z receptorów zimna na skórze. W wyniku tego mechanizmu w niewykonujących pracy zewnętrznej mięśniach wytwarzana jest energia chemiczna, która przekształca się w ciepło. W czasie maksymalnej aktywności drżeniowej organizm wytwarza cztero- pięciokrotnie więcej ciepła niż w warunkach normalnych.
Termogeneza bezdrżeniowa - proces wytwarzania ciepła zachodzi w brunatnej tkance tłuszczowej, w której procesy oddechowe i procesy fosforylacji oksydacyjnej nie są ze sobą sprzężone, co sprawia, że energia wyzwalana w czasie utleniania zamiast prowadzić do produkcji ATP z ADP może zostać zamieniona na ciepło.
15. Wpływ alkoholu:
- obniżenie procesu tworzenia glukozy
- układ nerwowy źle funkcjonuje
- na początku wrażenie ciepła, ale doprowadza do wychłodzenia organizmu, co może doprowadzić do śmierci
- gwałtowne ochłodzenie (jeśli spożyje się alkohol przed jakąś dyscypliną sportową)
16. Co robić w przypadku wychłodzenia: podać cukier, jak najszybciej ocieplić (należy to jednak robić stopniowo)