Auswirkungen großer Höhe auf den Menschen - Effects of high altitude on humans

Besteigung des Mount Rainier .

Die Auswirkungen der Höhenlage auf den Menschen sind beträchtlich. Die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins bestimmt den Sauerstoffgehalt im Blut. Nachdem der menschliche Körper etwa 2.100 Meter über dem Meeresspiegel erreicht hat, beginnt die Sättigung von Oxyhämoglobin schnell abzunehmen. Der menschliche Körper hat jedoch sowohl kurz- als auch langfristige Anpassungen an die Höhe, die es ihm ermöglichen, den Sauerstoffmangel teilweise zu kompensieren. Der Anpassungsgrad ist begrenzt; Bergsteiger bezeichnen die Höhen über 8.000 Meter als Todeszone , in der allgemein angenommen wird, dass sich kein menschlicher Körper akklimatisieren kann .

Effekte in Abhängigkeit von der Höhe

Der menschliche Körper kann am besten auf Meereshöhe arbeiten , wo der atmosphärische Druck 101.325 Pa oder 1013,25 Millibar (oder per Definition 1 atm ) beträgt . Die Sauerstoffkonzentration (O 2 ) in der Luft auf Meereshöhe beträgt 20,9 %, sodass der Partialdruck von O 2 (pO 2 ) 21,136 kPa beträgt. Bei gesunden Menschen sättigt dies Hämoglobin , den sauerstoffbindenden roten Farbstoff in den roten Blutkörperchen .

Der atmosphärische Druck nimmt exponentiell mit der Höhe ab, während der O 2 -Anteil konstant auf etwa 100 km (62 Meilen) bleibt, sodass der pO 2 auch mit der Höhe exponentiell abnimmt. Es ist etwa die Hälfte seines Meeresspiegelwertes auf 5.000 m (16.000 ft), der Höhe des Everest-Basislagers , und nur ein Drittel auf 8.848 m (29.029 ft), dem Gipfel des Mount Everest . Wenn der pO 2 sinkt, reagiert der Körper mit Höhenakklimatisierung .

Die Bergmedizin kennt drei Höhenregionen, die den abgesenkten Sauerstoffgehalt der Atmosphäre widerspiegeln:

  • Höhenlage = 1.500–3.500 Meter (4.900–11.500 ft)
  • Sehr große Höhe = 3.500–5.500 Meter (11.500–18.000 ft)
  • Extreme Höhe = über 5.500 Meter (18.000 ft)

Reisen in jede dieser Höhenregionen können zu medizinischen Problemen führen, von den leichten Symptomen der akuten Höhenkrankheit über das potenziell tödliche Höhenlungenödem ( HAPE ) bis hin zum Höhenhirnödem ( HACE ). Je höher die Höhe, desto größer das Risiko. Expeditionsärzte führen in der Regel einen Vorrat an Dexamethason , um diese Erkrankungen vor Ort zu behandeln. Die Forschung zeigt auch ein erhöhtes Risiko für dauerhafte Hirnschäden bei Menschen, die über 5.500 m (18.045 ft) klettern.

Der Mensch hat zwei Jahre lang in 5.950 m (19.520 Fuß, 475 Millibar atmosphärischer Druck) überlebt, was die höchste aufgezeichnete dauerhaft tolerierbare Höhe ist; die höchste bekannte dauerhafte Siedlung, La Rinconada , liegt auf 5.100 m (16.700 ft).

In Höhen über 7.500 m (24.600 ft, 383 Millibar atmosphärischer Druck) wird das Schlafen sehr schwierig, die Nahrungsverdauung ist nahezu unmöglich und das Risiko von HAPE oder HACE steigt stark an.

Todeszone

Der Gipfel des Mount Everest liegt in der Todeszone, ebenso wie die Gipfel aller Achttausender .

Die Todeszone beim Bergsteigen (ursprünglich die Todeszone ) wurde erstmals 1953 von Edouard Wyss-Dunant , einem Schweizer Arzt und Alpinisten, konzipiert. Es bezieht sich auf Höhen über einem bestimmten Punkt, in denen die Sauerstoffmenge nicht ausreicht, um das menschliche Leben über einen längeren Zeitraum zu erhalten. Dieser Punkt wird im Allgemeinen als 8.000 m (26.000 ft, weniger als 356 Millibar atmosphärischer Druck) bezeichnet. Alle 14 Gipfel in der Todeszone über 8000 m, Achttausender genannt , befinden sich im Himalaya- und Karakorum- Gebirge.

Viele Todesfälle im Höhenbergsteigen wurden durch die Auswirkungen der Todeszone verursacht, entweder direkt durch den Verlust lebenswichtiger Funktionen oder indirekt durch Fehlentscheidungen unter Stress oder körperlicher Schwächung, die zu Unfällen führen. In der Todeszone kann sich der menschliche Körper nicht akklimatisieren. Ein längerer Aufenthalt in der Todeszone ohne zusätzlichen Sauerstoff führt zu einer Verschlechterung der Körperfunktionen, Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod.

Langzeiteffekte

Der Gipfel des K2 , des zweithöchsten Berges der Erde , liegt in der Todeszone.

Ab 2021 haben Studien gezeigt, dass sich die etwa 81,6 Millionen Menschen, die in Höhen über 2.500 Metern leben, an den niedrigeren Sauerstoffgehalt angepasst haben. Besonders ausgeprägt sind diese Anpassungen bei Menschen, die in den Anden und im Himalaya leben . Im Vergleich zu akklimatisierten Neuankömmlingen haben einheimische Anden- und Himalaya-Populationen eine bessere Sauerstoffversorgung bei der Geburt, ein größeres Lungenvolumen während des gesamten Lebens und eine höhere Bewegungskapazität. Tibeter zeigen eine anhaltende Zunahme des zerebralen Blutflusses, eine niedrigere Hämoglobinkonzentration und eine geringere Anfälligkeit für die chronische Bergkrankheit (CMS). Diese Anpassungen können die längere Geschichte der Besiedlung in großer Höhe in diesen Regionen widerspiegeln.

Bei Bewohnern in höheren Lagen wird eine geringere Sterblichkeitsrate durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen beobachtet. In ähnlicher Weise besteht in den Vereinigten Staaten eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen zunehmender Körpergröße und abnehmender Adipositas- Prävalenz. Dies ist nicht allein durch Migration zu erklären. Auf der anderen Seite haben Menschen, die in höheren Lagen leben, in den Vereinigten Staaten auch eine höhere Selbstmordrate . Die Korrelation zwischen Höhe und Suizidrisiko war selbst dann vorhanden, wenn die Forscher bekannte Suizidrisikofaktoren wie Alter, Geschlecht, Rasse und Einkommen kontrollieren. Die Forschung hat auch gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt wahrscheinlich kein Faktor ist, wenn man bedenkt, dass es bei Personen mit Schlafapnoe oder bei starken Rauchern in großer Höhe keinen Hinweis auf erhöhte Stimmungsstörungen in großer Höhe gibt. Die Ursache für das erhöhte Suizidrisiko ist noch unbekannt.

Akklimatisierung

Der menschliche Körper kann sich sowohl durch sofortige als auch langfristige Akklimatisierung an große Höhen anpassen. In großer Höhe wird kurzfristig der Sauerstoffmangel durch die Glomus caroticum wahrgenommen , was zu einer Erhöhung der Atemtiefe und -frequenz ( Hyperpnoe ) führt. Hyperpnoe verursacht jedoch auch die nachteilige Wirkung der respiratorischen Alkalose , die das Atemzentrum daran hindert , die Atemfrequenz so weit wie erforderlich zu erhöhen. Die Unfähigkeit, die Atemfrequenz zu erhöhen, kann durch eine unzureichende Reaktion des Glomus caroticum oder eine Lungen- oder Nierenerkrankung verursacht werden.

Außerdem schlägt das Herz in großer Höhe schneller ; das Schlagvolumen ist leicht verringert; und nicht-essentielle Körperfunktionen werden unterdrückt, was zu einer Abnahme der Nahrungsverdauungseffizienz führt (da der Körper das Verdauungssystem unterdrückt, um seine kardiopulmonalen Reserven zu erhöhen).

Die vollständige Akklimatisierung erfordert Tage oder sogar Wochen. Allmählich kompensiert der Körper die respiratorische Alkalose durch die renale Ausscheidung von Bikarbonat, was eine ausreichende Atmung ermöglicht, um Sauerstoff bereitzustellen, ohne eine Alkalose zu riskieren. Sie dauert in jeder Höhe etwa vier Tage und kann durch Medikamente wie Acetazolamid verstärkt werden . Schließlich erfährt der Körper physiologische Veränderungen wie eine niedrigere Laktatproduktion (weil ein verringerter Glukoseabbau die gebildete Laktatmenge verringert), ein verringertes Plasmavolumen , ein erhöhter Hämatokrit ( Polyzythämie ), eine erhöhte Erythrozytenmasse , eine höhere Konzentration von Kapillaren im Skelettmuskelgewebe , eine erhöhte Myoglobin , erhöhte Mitochondrien , erhöhte aerobe Enzymkonzentration, Anstieg des 2,3-BPG , hypoxische pulmonale Vasokonstriktion und rechtsventrikuläre Hypertrophie . Der Druck der Pulmonalarterien erhöht sich, um mehr Blut mit Sauerstoff anzureichern.

Die vollständige hämatologische Anpassung an die Höhenlage wird erreicht, wenn der Anstieg der roten Blutkörperchen ein Plateau erreicht und aufhört. Die Länge der vollständigen hämatologischen Anpassung lässt sich durch Multiplikation der Höhenmeter in Kilometern mit 11,4 Tagen abschätzen. Um sich beispielsweise an 4.000 Meter Höhe anzupassen, wären 45,6 Tage erforderlich. Die obere Höhengrenze dieser linearen Beziehung ist nicht vollständig festgelegt.

Auch bei Akklimatisierung kann eine längere Exposition in großer Höhe die Schwangerschaft beeinträchtigen und eine intrauterine Wachstumseinschränkung oder Präeklampsie verursachen . Große Höhe führt auch bei akklimatisierten Frauen zu einer verminderten Durchblutung der Plazenta , was das fetale Wachstum beeinträchtigt. Folglich werden Kinder, die in großer Höhe geboren wurden, im Durchschnitt kürzer geboren als Kinder, die auf Meereshöhe geboren wurden.

Sportliche Leistung

Sportler trainieren in großer Höhe in St. Moritz , Schweiz (Höhe 1.856 m oder 6.089 ft).

Für Sportler hat große Höhe zwei gegensätzliche Auswirkungen auf die Leistung. Bei explosiven Ereignissen (Sprints bis 400 Meter, Weitsprung, Dreisprung) bedeutet die Reduzierung des Atmosphärendrucks weniger Widerstand aus der Atmosphäre und die Leistung des Athleten wird in der Regel in großer Höhe besser. Bei Ausdauersportarten (Läufe über 800 Meter) ist der vorherrschende Effekt die Sauerstoffreduktion, die in der Regel die Leistungsfähigkeit des Sportlers in großer Höhe reduziert. Sportorganisationen erkennen die Auswirkungen der Höhe auf die Leistung an: So hat beispielsweise der Dachverband des Leichtathletiksports , World Athletics , entschieden, dass Leistungen, die in einer Höhe von mehr als 1.000 Metern erzielt werden, zu Rekordzwecken zugelassen werden, jedoch den Vermerk „ A", um anzuzeigen, dass sie auf Höhe eingestellt waren. Die Olympischen Sommerspiele 1968 fanden in Mexiko-Stadt in großer Höhe statt . Die meisten Kurzsprint- und Sprungrekorde wurden dort in der Höhe aufgestellt. In Erwartung dieser Olympischen Spiele wurden auch andere Rekorde in der Höhe aufgestellt. Bob Beamons Rekord im Weitsprung hielt fast 23 Jahre und wurde nur einmal ohne Höhen- oder Windunterstützung geschlagen . Viele der anderen Rekorde in Mexiko-Stadt wurden später durch Höhenmarkierungen übertroffen.

Sportler können auch die Höhenakklimatisierung nutzen, um ihre Leistung zu steigern. Dieselben Änderungen, die dem Körper helfen, große Höhen zu bewältigen, steigern die Leistung auf Meereshöhe. Dies kann jedoch nicht immer der Fall sein. Allfällige positive Akklimatisierungseffekte können durch einen De-Trainingseffekt zunichte gemacht werden, da die Sportler in großen Höhen meist nicht so intensiv trainieren können wie auf Meereshöhe.

Dieses Rätsel führte zur Entwicklung der Höhentrainingsmodalität, die als "Live-High, Train-Low" bekannt ist, bei der der Athlet viele Stunden am Tag auf einer (hohen) Höhe ruht und schläft, aber einen erheblichen Teil seines Trainings durchführt. möglicherweise alles auf einer anderen (niedrigeren) Höhe. Eine Reihe von Studien, die in den späten 1990er Jahren in Utah durchgeführt wurden, zeigte signifikante Leistungssteigerungen bei Sportlern, die ein solches Protokoll mehrere Wochen lang befolgten. Eine andere Studie aus dem Jahr 2006 hat Leistungssteigerungen gezeigt, wenn man nur einige Trainingseinheiten in großer Höhe durchführt, aber auf Meereshöhe lebt.

Der leistungssteigernde Effekt des Höhentrainings könnte auf eine erhöhte Anzahl roter Blutkörperchen, ein effizienteres Training oder Veränderungen der Muskelphysiologie zurückzuführen sein.

Siehe auch

Verweise

Externe Links