轉自椰林山板 作者: vjso (so) 看板: Mountain 標題: 什麼是高度適應 時間: Thu Sep 5 23:35:19 2002 什麼是高度適應? 對於許多山友而言，高山病相關的資訊顯得有些雜亂；如何增進掌握資訊的能力 呢？了解什麼是（高度適應的生理反應）是第一步。 [[摘要]] 高海拔的空氣組成與低海拔一樣，若水蒸氣除外，氧佔約２１％，氮佔約７９％ 。但高海拔空氣稀薄，所以氧氣的絕對濃度也跟著稀薄。高山病是高海拔空氣缺 氧造成。但是，不同的人在相同的高度，動脈血裡面的氧氣飽和度卻可能不同。 血氧飽和度高者適應，低者得病。 造成動脈血中氧飽和度過低的因素中，最重要的兩個，第一是通氣量，第二是勞 累的體力活動。其中的原理機轉並非顯而易見。 所謂通氣量意思是每分鐘進出肺部的空氣加起來的體積。 高山病患的動脈血中不僅氧含量較少，而且二氧化碳較多。高度適應時，血中二 氧化碳含量會降得比在海平面時低很多，如果在高海拔時血中二氧化碳含量仍然 與海平面時一樣，就會使血中氧含量降很低而發生高山病。二氧化碳是氧減少的 原因。 所謂高度適應，最主要部分就是，動脈血中二氧化碳濃度下降的幅度足夠使氧提 升到高山病不會發生的濃度。而減少血中二氧化碳的方法，就是增加通氣量。因 此，高度適應最主要就是增加通氣量。 另外，在高海拔運動時，除了運動產生較多二氧化碳外，還有一項影響氧而與二 氧化碳關係不大的因素，就是運動加速血流而使紅血球通過肺泡微血管的時間縮 短。這項時間的縮短在低海拔不會影響血紅素吸收氧氣，主要因為在低海拔時， 氧分壓夠高，使得氧分子從肺泡空腔擴散到紅血球的速度極快。但在高海拔的低 壓環境下，氧分子擴散進入血流所需時間大增，若紅血球快速通過肺泡微血管， 會來不及吸收足夠氧氣。因此，勞累的體力活動會增加高山病的發生。 [[進一步說明]] 通氣量如何影響二氧化碳？ 空氣中二氧化碳極少，佔不到千分之一。人呼出的氣體中則大約有百分之五的二 氧化碳。二氧化碳從血液擴散到肺泡空腔的過程雖然需要脢的幫助，但效率極高 ，不會成為瓶頸，而且因體外空氣中幾乎不含二氧化碳，不會與肺泡達成濃度平 衡，所以決定血液中二氧化碳排出的關鍵在從肺泡空腔到口鼻之外的這一段路程 的流量，也就是，決定於通氣量。（嚴格說，是肺泡通氣量，也就是進出肺泡， 不是進出口鼻的通氣量。） 影響氧濃度的因素則複雜許多：氧從空氣中進入肺泡微血管中的紅血球與血紅素 結合。有時候血紅素的含氧量已飽和，例如健康人在海拔1500m以下時，肺泡微血 管中的血紅素都可以吸收氧達到容量的百分之百，這時候增加吸氣吐氣的流量也 不能再增加氧飽和度。在較高海拔，血紅素雖未飽和，但空氣稀薄，空氣中的氧 要進入血流與血紅素結合的能力，決定於空氣中氧的絕對濃度，當達成平衡時， 血紅素的氧飽和度受限於這個能力，這時如果在吸入空氣中添加固定濃度的二氧 化碳以控制二氧化碳這個因素，則再大的通氣量都不會改變血中氧含量。在極高 海拔，因空氣壓力太低，氧氣從肺泡空腔滲透進入微血管過程的速度太慢，紅血 球通過肺泡微血管的時間相對太短而來不及達成平衡，若除去二氧化碳的因素， 提高通氣量也不會增加血中含氧量。有許多疾病狀態會影響血中氧濃度而無法以 提高通氣量矯治，例如〔分流現象 shunting〕，這是指部分體靜脈的缺氧血不經 肺泡充氧就回到體動脈的狀況，例如肺炎，部分支氣管阻塞，或某些先天性心臟 病有分流現象。 通氣量卻會間接影響血中氧含量。通氣量增加則加速二氧化碳排出，血中二氧化 碳減少後會增加氧含量，其原理在最後說明。 增加通氣量是高度適應最重要部份。人體有控制通氣量的自然生理機轉，在暴露 於高海拔稀薄空氣時，會在數分鐘內開始增加通氣量。這種因氧不足引起的通氣 量增加的生理反應稱為 Hypoxic Ventilatory Response，譯作〔缺氧通氣反應〕 ，簡稱 HVR。HVR 隨個人體質不同其程度會有不同。HVR 較差的人比較容易罹患 高山病。HVR 的個人體質會不會在適應高海拔後調整其體質？會，但需要數年才 會發生。 血液中二氧化碳含量越多也會刺激呼吸中樞使通氣量越大。這個生理反應稱為 Hypercapneic Ventilatory Response，譯作〔二氧化碳通氣反應〕，簡稱 HCVR ，或 CO2VR。HCVR 在暴露於高海拔空氣時數小時內就會發生調整而增強，增強後 對於相同的二氧化碳濃度會有更大的通氣量反應。這個調整的機轉主要發生在腦 脊髓液中的碳酸氫根含量，會在到達高海拔後一天內開始減少。 二氧化碳與水結合成為碳酸，碳酸釋放一個氫離子後剩下的就是碳酸氫根。反過 來，碳酸氫根結合一個氫離子後成為碳酸。碳酸，碳酸氫根，氫離子三者的濃度 會形成一個數學關係式：後二者的乘績會與前者成固定比值。而氫離子濃度就是 酸性的程度，因此，碳酸氫根濃度越少的情況下，則只要增加一少許碳酸，就會 增加較多氫離子，也就是酸度。呼吸中樞對於二氧化碳的反應也就是藉由感受酸 度來反應，因為二氧化碳變碳酸後釋出氫離子。因此，在碳酸氫根濃度越少的情 況下，呼吸中樞對於二氧化碳的反應越敏感。 在高海拔，腦脊髓液是如何減少碳酸氫根含量的呢？主要有兩方面： 第一，因為 HVR 而先有動脈血二氧化碳減少，這又分兩面，短時間內使腦脊髓液 酸度降低，這時碳酸氫根相對太多，於是促使主動運輸將部分碳酸氫根排出腦脊 髓液之外；稍長時間的動脈血二氧化碳減少則會促使腎臟將部分碳酸氫根排到尿 中，使全身碳酸氫根減少，連帶腦脊髓液中的也減少。請注意，HVR 使動脈血二 氧化碳減少，結果又進一步使腦脊髓液減少碳酸氫根含量，這又進一步促進 HCVR ，又更助於二氧化碳的排出。因此，促進通氣量使二氧化碳排出的措施或藥物都 有助於高度適應的生理調整，例如 Diamox (acetazolamide) 這個藥會促進高度 適應；而吸氧氣雖然可以治療或預防高山病，卻無助於高度適應的生理調整，因 為吸氧氣不會促進二氧化碳排出。 第二，因缺氧使腦組織產生乳酸，乳酸的酸性與鹼性的碳酸氫根中和，消耗了碳 酸氫根。 ＃以下說明二氧化碳如何影響動脈血氧飽和度 二氧化碳影響氧有兩大方面：一是在肺泡空腔的置換效應，另一是影響血中酸鹼 度進而影響血紅素與氧的結合能力。 肺泡空腔中的氣體組成，因為與肺泡微血管達成某種程度的平衡，已經與體外空 氣不同，其計算公式如下： ＰAO2 ＝ [Ｐatm - ＰH2O] x ＦiO2 - [ＰaCO2 / 0.8] 其中，　- 代表減， x 代表乘， /代表除； ＰAO2　代表肺泡空腔的氧分壓（A是alveolus肺泡）； Ｐatm　代表大氣壓力（atm=atmosphere)，主要因海拔而定； ＰH2O　代表體溫下的飽和水蒸氣壓，37度時約 47 mmHg； ＦiO2　代表吸入氣體的氧百分比除以100（Ｆ是fraction, i是inhaled），如果 是天然空氣，等於0.21； ＰaCO2 代表體動脈中二氧化碳的分壓（a是artery），用體動脈來代表平衡後的 肺泡微血管，兩者推定相同，但體動脈可以抽血檢驗； 0.8 是氧與二氧化碳間的代謝置換係數，是個經驗值，有些氧與體內燃料的氫結 合成水而非二氧化碳，所以不是1。 這公式可以看出，增加動脈血中二氧化碳分壓則減少肺泡空腔中1.25倍的氧分壓 ；反之，二氧化碳減少則增加氧。這個效應在越高的海拔，也就是越低的Ｐatm， 會有越顯著影響。 再來談二氧化碳與酸鹼。前面已提過：二氧化碳與水結合成為碳酸；碳酸，碳酸 氫根，氫離子三者的濃度會形成一個數學關係式，如下： [H+] = 某常數 x [H2CO3] / [HCO3-] 其中， [H+]　　代表氫離子濃度； [H2CO3] 代表碳酸濃度； [HCO3-] 代表碳酸氫根濃度； 因二氧化碳分壓與碳酸濃度成正比，所以可改成： [H+] = 某常數 x ＰCO2 / [HCO3-] 可以看出，ＰCO2越高則血液或體液越偏酸性；[HCO3-]越高則越能 "緩衝" 因Ｐ CO2改變造成的酸鹼度改變幅度。酸度增加時，血紅素與氧的結合力就下降；反之 ，當通氣量增加，血中二氧化碳減少，使酸度降低，血紅素與氧的結合力就增加， 這會幫助氧氣從肺泡進入血液。 影響血紅素與氧的結合力的因素除了酸鹼度外，還有溫度，以及一種物質，DPG 的濃度。溫度或 DPG 提高都使血紅素與氧的結合力下降。DPG全名是 2,3-diphosphoglycerate，譯做 [2,3-雙磷酸甘油酸]，含於紅血球中，是葡萄糖 的代謝產物。 DPG 在高度適應時會稍增加，而使血紅素與氧的結合力稍減。但這是二氧化碳減 少後引起的代償反應。高度適應時體內二氧化碳減少使血液變鹼，進而使血紅素 與氧的結合力大增，遠蓋過 DPG 的效應。DPG 的增加對於高度適應並沒有幫助。 血紅素與氧的結合解離曲線是：縱軸為血紅素的飽和度，橫軸為氧壓力，所畫出 的曲線，呈Ｓ形。其特殊形狀剛好讓血紅素在肺泡結合較多氧，而在身體組織把 氧釋放，因為身體組織比肺泡偏酸性。 要看此曲線圖，請參考： http://www1.shore.net/~straub/labsk_hgbdis.htm　　或 http://www.monroecc.edu/depts/pstc/paraohdc.htm Diamox (acetazolamide)促進腎臟排出碳酸氫根而使體內變酸，酸促進呼吸中樞 提高通氣量，排出二氧化碳。這時雖然二氧化碳減少，但血液並沒有偏鹼，是藥 物作用在腎臟先造成偏酸的緣故。所以 Diamox 預防高山病的原理主要在，降低 二氧化碳濃度後，因在肺泡處的置換效應而提昇肺泡氧分壓；而非在影響血紅素 與氧的結合力。Diamox 使二氧化碳減少時，DPG 並沒有增加，可見高度適應時的 DPG 增加是因血液偏鹼引起的代償反映。以往曾有學者推測 DPG 增加有助於血液 將氧釋放給組織，而算對高度適應有幫助，但這是錯的。高原動物如駱馬，犛牛 ，它們的血紅素與氧的結合解離曲線都比人類偏左，也就是血紅素與氧的結合力 偏高，這樣血液能從肺泡吸收較多氧；雖然在身體組織較不利於釋放氧，但並不 成為問題。 高海拔對身體的影響還有許多方面，例如骨骼肌細胞橫徑會縮小（也就是肌肉萎 縮！），這樣會使肌細胞內部與微血管的平均距離拉近，有利於擷取氧氣。肌肉 細胞內的粒線體數目也會減少。細胞內代謝的脢系統也會變化。這些影響有的有 利，有的有害。 在極端高海拔停留超過數週，則會有食慾不振，消化不良，體重減輕，體力衰退 等現象，稱為進行性衰竭（altitude deterioration），通常發生於海拔 5500m 以上，但因人而異。 [[結語]] 高度適應最重要的一步就是增加呼吸通氣量。若有人為方法促進高度適應，應該 就是促進呼吸通氣的方法。其中，藥物 Diamox 就是這樣。也應該存在一種人為 呼吸法可以藉由增加通氣量來預防高山病，我曾在台灣山岳雜誌33期 (Dec-Jan 2001) 發表一種在呼氣後半期撮口吹氣的呼吸法 (相當於醫院中使用的 PEEP -- positive end-expiratory positive pressure) 值得嘗試。 --

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