Může se anesteziolog poučit z fyziologie extrémních výšek? Pavel Ševčík ARK FN Ostrava a LF Ostravské univerzity

Transkript

1 Může se anesteziolog poučit z fyziologie extrémních výšek? Pavel Ševčík ARK FN Ostrava a LF Ostravské univerzity

2 Extrémní výšky jsou prostředím Hypobarickým Hypoxickým Mrazivým Větrným Suchým Plným UV záření Je to totálně nebezpečné prostředí

3 It is an extraordinary coincidence that the highest point on Earth is very close to the limit of human tolerance to hypoxia. John B. West. Human responses to extreme altitudes. Integrative and Comparative Biology 2006;46(1):25-34.

4 Vysvětlení? Evoluční vysvětlení pro to nemáme Neexistuje jakákoli výhoda pro přežívání ve výškách nad 6000 m Není tam ani potrava ani jiné vhodné komodity Lezou tam pouze horolezci protože velehory tu jsou West JB. Everest The Testing Place. McGraw-Hill, 1985

5

6

7 Tři způsoby odpovědi lidského organismu na velkou výšku Aklimatizace na velkou výšku Evoluční adaptace na velkou výšku Fyziologické odpovědi na extrémní výšku West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

8 Aklimatizace na velkou výšku Týká se obyvatelů nížin Funguje do 5000 m Hyperventilace Téměř kompletní renální kompenzace RAL Polycytémie Zvýšení intracelulárních oxidativních enzymů V některých tkáních zmenšení interkapilárních difúzních vzdáleností West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

9 Evoluční adaptace Obyvatelé vysokých poloh po generace v Tibetu, v jihoamerických Andách Do výšky 5000 m (La Riconada Peru 5100 m, důl Aucanquilcha severní Chile 5950 m) Hyperventilace (menší u nejlépe adaptovaných) Kompletní renální kompenzace RAL Polycytémie (menší u nejlépe adaptovaných) Změny v intracelulárních oxidativních enzymech West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

10 Fyziologická odpověď Nad 7000 m (extrémní výšky) Extrémní hyperventilace Výrazná RAL Neúplná renální kompenzace Zvýšená afinita kyslíku k Hb důsledek alkalózy Velmi nízká maximální spotřeba O 2 Velké omezení anaerobního metabolismu Výrazné hmotnosti a celkové postupné zhoršování stavu West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

11 Aklimatizace na výšku Navýšení ventilace nejdůležitější Intenzivní hypoxická stimulace chemoreceptorů Po několika týdnech - PCO mmhg CO 2 stejná produkce, zvýšená ventilace Hyperventilace omezuje pokles alveolár. PO 2 Rychlý výstup do 5000 m - alveol. PO 2 k 39 Po 2 týdnech - alveol PO 2 k 48 mmhg Rahn H, Otis AB. Man s respiratory response during and after acclimatization to high altitude. Am J Physiol, 1949

12 Aklimatizace na výšku Polycytémie má mnohem menší význam než hyperventilace Uvolnění EPO (ledviny) indukováno HIF-1α Odpověď na nízký arteriální PO 2 EPO stimuluje kostní dřeň více erytrocytů Je to pomalý proces vyrovnaného stavu není dosaženo ani po několika týdnech Časné ery v krvi (1.-2. den) - objemu plazmy West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

13 Evoluční adaptace Není to totéž co aklimatizace Nicméně je řada podobností Rozdíly Ve výskytu spánkem narušeného dýchání Adaptovaní obyvatelé rodí děti s téměř normální porodní váhou Tibeťané mají menší plicní hypertenzi Tibeťané mají o něco nižší Hb než aklimatizovaní West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

14 Aklimatizace a adaptace Fyziologické změny při aklimatizaci nebo adaptaci pravděpodobně neumožňují lidem ve velkých výškách fungovat tak dobře jako u mořské hladiny Všichni obyvatelé velkých výšek mají narušené fyzické i mentální schopnosti. Vysvětlení hodnoty PO 2 jsou podstatně nižší než u mořské hladiny. Barcroft J. The respiratory function of the blood. Part I: Lessons form high altitudes. Cambridge University Press, 1925 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

15

16

17 Fyziologické změny v extrémních výškách Fyziologické změny jsou mnohem výraznější Umožňují přežití Organismus však postupně chátrá Nejdůležitější terénní výzkum v extrémních výškách: AMREE American Medical Research Expedition to Everest 1981 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

18

19 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Hypoxická ventilační odpověď (HVR) a tolerance extrémní výšky: Tři muži s největší HVR dosáhli vrcholu Everestu jako první z celé expedice West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

20 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Vztah mezi alveolárním PCO 2 a barometric. tlakem v extrémních výškách Všimněte si extrémně nízkého alveolár. PCO 2 na vrcholu: 7-8 mmhg West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

21 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE O 2 - CO 2 diagram ukazující změny v alveolárním PO 2 a PCO 2 od mořské hladiny k vrcholu Everestu. Nad 7000 m již nedochází k dalšímu PO 2 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

22 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Hladina PO2 v krvi na Everestu byla vypočítána Kapilární hodnoty byly mmhg (nižší než hodnoty alveolární vzhledem k limitaci difuse) Limitace difuse: Zkratování V/Q nepoměr Subklinický výškový edém plic West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest. J Appl Physiol, 1983

23 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Výška Barometrický Vdech Alveolár Arteriál Arteriál Arteriál (metry) tlak PO 2 PO 2 PO 2 PCO 2 ph (mmhg) 8848 (vrchol) ,5 >7,70 Hladina moře ,40 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB et al. Pulmonary gas exchange on the summit of Mt Everest. J Appl Physiol, 1983

24 Kyslíková kaskáda PO 2 < 8 kpa (= 60 mmhg) práh pro respirační selhání. PaO 2 v 8400 m byl 3,3 kpa (= 25 mmhg), PaCO 2 bylo 1,8 kpa (= 8,1 mmhg) Grocott M et al. Art Blood Gases and O 2 Content on Mt Everest. NEJM, 2009 Sandberg C, Naylor J. Respiratory Physiology at Altitude. J R Army Med C, 2011

25 Fyziologické změny ve velkých výškách - AMREE Vztah mezi VO 2 a vdechovaným PO 2. Pro PO 2 na vrcholu byl maximální VO 2 stále nad 1 l.min -1 West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983

26 Změny laktátu v extrémních výškách AMREE v 6300 m Pouze malé zvýšení z klidového (1,7 mmol/l) na 3,0 po maximální zátěži (1. zpráva z r. 1936) Nad 7000 m nedochází ke zvýšení laktátu při maximální zátěži Anaerobní metaolismus je vysoce omezen Laktátový paradox (rozdíl od akutní hypoxie) West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983 Edwards HT. Lactic acid in rest and work at high altitude. Am J Physiol, 1936

27 Změny laktátu v extrémních výškách - AMREE Maximální hladina laktátu v krvi (La b ) jako výsledek maximální zátěže ve vztahu k nadm. výšce. Extrapolace naznačuje, že nad cca 7000 m nedochází ke zvýšení La b West JB et al. Maximal exercise at extreme altitudes on Mt Everest. J Appl Physiol,1983 Cerretelli PA et al. Anaerobic metabolism at high altitude. Springer, 1982

28 Neuropsychologické změny - AMREE CNS je k hypoxii velmi citlivý a zranitelný Krátkodobá paměť se zhoršila. Navrátila se k normálu za 12 měsíců Schopnost jemné manipulace po dlouhou dobu přetrvávaly abnormálity Není možné aby CNS byl zcela nedotčen extrémními výškami West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

29

30 Další změny ve velkých výškách Úbytek hmotnosti 0,5-1,5 kg/týd, 6-9 kg (i více) v průběhu expedice nechutenství (mj. exprese HIF-1, hladin leptinu) Střevní malabsorpce (někdy steatorrhea) Změny v náladách Nespavost Pocit nedostatku dechu West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006 West JB. Human physiology at extreme altitudes on Mt Everest. Science, 1984

31 J R Army Med Corps 157(1); March 2011

32 High Altitude Pulmonary Oedema HAPE výškový edém plic Nekardiogenní PE následující po rychlém výstupu do středních a velkých výšek Neaklimatizovaní obyvatelé nížin nebo vysokých poloh, kteří se vrátili z nízkých poloh (re-entry HAPE) Incidence 2500 m 0,01 % 3600 m 1,9 % 4300 m 2,5-5 % Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011

33 HAPE incidence a mortalita Incidence závisí na: rychlosti výstupu intenzitě zátěže absolutní nabyté výšce (zejména výšce přespání) individuální náchylnosti Mortalita na AMS/HACE/HAPE 0,12 %, ale tyto akutní choroby jsou rovněž faktorem přispívajícím k rozhodovacím chybám atd. Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011

34 HAPE - příznaky 2-5 dní po výstupu do výšky Excesivní dyspnoe při námaze v klidu Klidová dušnost je vždy abnormální Suchý kašel vlhký kašel růžové zpěněné sputum Tachykardie Tachypnoe Mírně zvýšená teplota Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011

35 HAPE - patofyziologie HPV PVR se zvyšuje v odpovědi na nízký PAO 2 při akutní expozici hypoxii při aklimatizaci (= lowlanders) při žití ve výškách (= highlanders) Globální plicní vazokonstrikce základní etiologický faktor u HAPE Druhý náraz zánětlivé mediátory, zhoršená clearance alveolární tekutiny, permeabilita membrán Zhoršená produkce NO, zvýšení endotelinu-1 Pollard A, Murdoch D. The High Altitude Medicine Hadbook, 3 rd. Radcliffe 2003

36 HAPE - léčba Sestup Kyslík nebo hyperbarická léčba (Gamowův vak) Udržení tělesné teploty Minimalizace námahy Nifedipin SR Inhibitory PDE-5 (?) Léčba AMS dexamethason, acetazolamid Hall DP et al. High Altitude Pulmonary Oedema. J R Army Med Corps, 2011 Bates MG et al. PDE-5 inhibitors in the treatment and prevention of HAPE. Curr Opin Investig Drugs 2007

37 Závěry Dramatické změny během aklimatizace nejsou slučitelné s dlouhodobým přežitím Fyziologická odpověď na extrémní výšky by měla být chápána spíše jako úsilí organismu o přežití než jako úspěšná dlouhodobá adaptace na toto prostředí. West JB. Human responses to extreme altitudes, 2006

38

39