PRESIUNEA ATMOSFERICA

PRESIUNEA ATMOSFERICA

Presiunea atmosferica devine un factor de stress fiziologic doar in cazul altitudinilor ridicate, cand efectul sau se combina sinergic cu cel al altor parametri meteorologici (temperatura si umezeala aerului, viteza vantului, presiunea partiala a oxigenului), generand "raul de munte". Aceasta stare meteoropatologica cuprinde un ansamblu de reactii fiziologice induse ca urmare a expunerii intr-un mediu hipobaric, caracteristic atmosferei marilor inaltimi. Intensitatea lor este determinata de nivelul hipoxiei (insuficientei respiratorii de oxigen), care variaza in functie de valoarea presiunii partiale a oxigenului din aerul inspirat (pO₂), ce isi modifica calitatile pe masura scaderii altitudinale a presiunii atmosferice.

Astfel, primele modificari functionale de natura infraclinica apar in organismul uman, sanatos si neaclimatizat, la altitudini de 1.000-2.000 m, intre care presiunea aerului scade relativ constant cu un gradient mediu vertical de 1mm Hg/10 m inaltime. La altitudinile cuprinse intre 2.000 si 3.000 m, datorita scaderii exponentiale a presiunii atmosferice, al carei gradient vertical se reduce brusc la 0,64 mm Hg/10 m inaltime (Fig. 32) organismul uman incepe sa manifeste semne clinice vizibile, care se inrautatesc progresiv, diminuandu-i capacitatea de efort fizic aerob. Altitudinea limita a efortului fizic este de 4.500-6.000 m in cazul ascensiunilor rapide (cu avionul) si 6.500-7.000 m in cazul ascensiunilor lente, cand capacitatea de efort a organismului este complet anulata datorita hipoxiei acute.

Starea fiziologica generala se deterioreaza ireversibil la altitudini de 7.500-8.000 m, cand organismul uman nu mai poate rezista fara aport artificial de oxigen nici macar in starea de repaus. Desigur, aceste limite de evolutie fiziologica sunt doar orientative pentru ca, in realitate, gradul de reactivitate barica a subiectilor depinde nu numai de conditiile ambientale, ci si de calitatile lor individuale (varsta, starea de antrenament sportiv, nivelul de aclimatizare prealabila, intensitatea efortului depus, viteza cu care se efectueaza ascensiunea etc.). De exemplu, indienii din Anzii peruvieni, care locuiesc timp de mai multe generatii in sate situate la inaltimi de 4.000-5.000 m, prezinta nivelul maxim posibil de aclimatizare hipobarica, care nu le mai impune nici un fel de restrictii fiziologice.

Cu toate acestea, A. Hurtado (1964) considera ca, in functie de tipul si amplitudinea preceselor fiziologice declansate de starea hipoxica, "boala de altitudine" se desfasoara in patru faze progresive: faza indiferenta, corespunzatoare altitudinii de 0-3.000 m, faza compensatorie (intre 3.000 si 4.500 m inaltime), faza alarmei (ce se dezvolta la 4.500-6.000 m altitudine) si faza critica, cu incapacitate fizica si mentala, ce se instaleaza la 7.500 m altitudine. Acest model de evolutie reprezinta, intr-un anumit fel, o modalitate de compensare a lipsei unui mecanism specializat de reactie la conditii hipobarice, deoarece organismul uman nu poseda un sistem specific de perceptie constienta a modificarilor produse de scaderea presiunii atmosferice, asa cum se intampla in cazul altor factori meteorologici de influenta, pentru care dispune de sisteme precise de integrare si control.

Fig. 32. Variatia altitudinala a presiunii atmosferice.

In conditiile hipoxiei progresive de altitudine, componentele sistemului nervos genereaza primele simptome de disfuntionalitate fiziologica care, treptat, afecteaza echilibrul functional al intregului organism. In acest sens, s-a constatat ca, la altitudini medii (2.000 m), sistemul nervos central si analizatorii se gasesc intr-o stare de hiperexcitabilitate, atat in timpul zilei, cat si in timpul noptii. Aceasta se datoreaza: cresterii pragului de excitabilitate a simturilor cutanate (reprezentata de cresterea sensibilitatii tactile a intregii suprafete corporale), amplificarii gradului de sensibilitate gustativa, scaderea perioadei de latenta a contractiei musculare, accentuarii functiilor si reflexelor analizatorului vizual (redate prin scaderea cronaxiei optice, accelerarea reflexului pupilar la lumina sau intuneric si extinderii campului vizual pentru vederea colorata).

Pe de alta parte insa, aceasta stare de hiperexcitabilitate corticala are si efecte adverse datorate atenuarii functiei de echilibru (numarul miscarilor unei persoane aflata in pozitie ortostatica scazand cu 18%), scaderii pragului de reactie la substante inhibitorii (fiind necesare cantitati sporite de narcotice pentru efectuarea unei anestezii eficiente), accentuarii insomniei si viselor terifiante (cosmaruri) care genereaza cefaleea nocturna, exacerbata de somn. Totusi, in ciuda acestor reactii secundare, se considera ca hiperexcitabilitatea corticala datorata expunerii hipobarice la altitudini medii (2.000 m) favorizeaza functiile intelectuale si posibilitatile de gandire logica si asociere combinativa a notiunilor, producand o stare de euforie si emulatie creativa, care stimuleaza potentialul stiintific si artistic al omului. Din acest motiv, cel mai mare institut de cercetari stiintifice medicale din lume, amplasat la Bethesba (S.U.A.), a fost proiectat si construit in asa fel incat, cu ajutorul unor pompe de absorbtie a aerului, in interior sa se mentina o presiune atmosferica constanta, corespunzatoare altitudinii de 2.000 m, pentru a oferi cercetatorilor conditii optime de gandire si creatie stiintifica pe intreaga durata a programului de munca.

La altitudini mai mari de 2.000 m, starea de hiperexcitabilitate nervoasa se atenueaza treptat, astfel incat, la altitudini cuprinse intre 4.000 si 6.000 m, permite instalarea efectului revers datorat aparitiei hipoexcitabilitatii somatice si vegetative. In aceasta situatie, cronaxia oculara (timpul de reactie a ochiului necesar adaptarii la lumina sau intuneric) creste la valori alarmante; vederea colorata scade sensibil (astfel incat obiectele apar decolorate); campul vizual stereoscopic se diminueaza; sensibilitatea cutanata la presiune se anuleaza aproape complet; simtul gustativ dispare, iar functiile auditive si vestibulare se atenueaza, formand simptome proprioceptive ce se datoreaza modificarilor biochimice (scaderea glucozei) produse la nivelul creierului ca urmare a expunerii indelungate intr-un mediu hipoxic.

La altitudini de peste 4.000 m, organismul uman incepe sa manifeste primele semne clinice de intoleranta hipoxica. Mai intai, apar modificari impresionante ale starii psihice, manifestate prin ilaritate, euforie, veselie, logoree, explozii emotionale de ras si plans, insubordonare, aparitia halucinatiilor si ideilor fixe ce pot duce la agresivitate comportamentala. Argumentarea devine greoaie, auto-motivatia scade substantial, iar adaptarea la noi situatii se face incomplet si tarziu. Dupa opinia lui J. Barcroft (1937), acest gen de simptome se aseamana celor datorate intoxicatiei alcoolice, in care predomina tendintele schizofrenice. De asemenea, activitatea motorie devine deficitara in sensul ca: ritmul executiilor se diminueaza, lipsa de coordonare afecteaza precizia gesturilor (scrisul devenind imposibil), iar accesele de tremuraturi se intensifica. Pe acest fond neuro-motor profund inhibat, apar manifestari de tip astenic, reprezentate prin oboseala mintala, scaderea capacitatii de memorare, diminuarea pragului preceptiei senzoriale, alternarea simtului gustativ (astfel incat unii membri ai expeditiilor de pe Mt. Himalaya nu mai pot face distinctia intre usturoi si menta), care in final degenereaza intr-o stare de stupoare, prostatie, letargie, paralizie, coma, iar daca anoxia (lipsa oxigenului inspirat) continua, se instaleaza moartea. In aceste conditii, devine evident faptul ca, cel putin la nivelul sistemului nervos central, variatiile brusce ale presiunii atmosferice compun o amenintatoare stare de stress fiziologic care diminueaza amplu capacitatea de efort fizic si intelectual a organismului uman.

La nivelul aparatului respirator, efectul hipoxiei, datorat scaderii altitudinale a presiunii partiale a oxigenului (pO₂), se combina cu cel al coeficientului respirator, datorat modificarii proportiei de amestec a gazelor din compozitia aerului inspirat, ca urmare a scaderii altitudinale a presiunii atmosferice. Din aceasta cauza, la inceput se declanseaza mecanismul de restructurare a functiei respiratorii, caracterizat prin modificarea amplitudinii si frecventei respiratiei externe (hiperventilatia), iar apoi, pe masura accentuarii hipoxiei si instalarii hipocapniei (scaderea continutului de dioxid de carbon din sange), se activeaza mecanismele de reglare a respiratiei tisulare, care modifica procele de difuziune si transport celular ale gazelor.

Hiperventilatia, caracterizata prin cresterea debitului respirator din unitatea de timp, apare ca reactie reflexa, asociata hiperexcitabilitatii nervoase de altitudine. In studiile efectuate pe subiecti neaclimatizati s-a constatat ca ea se declanseaza dupa un interval de cca. 1-2 ore la altitudini de 0-2.000 m, in cateva minute intre 2.500 si 3.000 m inaltime si aproape instantaneu la altitudini mai mari de 5.000 m. Odata instalata, ea se accentueaza rapid pana cand ajunge sa se stabilizeze la un nivel maxim ce caracterizeaza starea de aclimatizare hipoxica a respiratiei. Cu toate ca nivelul hiperventilatiei pulmonare de altitudine nu depaseste, de obicei, 30% din nivelul sau normal de la ses, in conditiile ascensiunilor rapide, ea se poate accentua, determinand modificarea structurii ciclului respirator. Astfel, la altitudini de 4.000-5.000 m, majoritatea persoanelor manifesta semne ale foamei acute de oxigen, aparute ca urmare a dereglarii ritmului respirator. Cel mai adesea, acestea sunt insotite de respiratii adanci unice (tip oftat, cascat) care se pot agrava, generand o stare de somnolenta, in care exista pericolul opririi complete a respiratiei. Amplificarea hiperventilatiei determina totodata si reducerea corespunzatoare a capacitatii vitale (volumului respirator). Din studiile fiziologice efectuate reiese ca aceasta inregistreaza scaderi de 4-7% la altitudini de 1.500-2.000 m, 10-15% la altitudini de 4.000-5.000 m si 20-50% la inaltimi ce depasesc 6.000-7.000 m, datorate, pe de o parte, supraincarcarii cu sange a capilarelor si vaselor pulmonare ca urmare a stazei sanguine de la nivelul micii circulatii, iar pe de alta parte, deplasarii pozitiei respiratiei normale de repaus spre nivelul inspiratiei (stare de inspiratie cronica), determinand scaderea volumului de rezerva expiratorie (VRE). Prin cele doua mecanisme de compensare respiratorie, organismul uman intruneste conditiile necesare pentru mentinerea nivelului vital al presiunii partiale a oxigenului din aerul alveolar, dar nu reuseste sa contracareze efectul coeficientul respirator, datorat modificarii proportiei de amestec a gazelor din compozitia aerului inspirat.

Scaderea altitudinala a presiunii atmosferice generale determina modificarea gradientilor de presiune partiala ai fiecarui gaz component al aerului astfel incat, la nivelul aparatului respirator, se impune cresterea gradului de permeabilitate a membranelor alveolare, marirea suprafetei pulmonare de schimb gazos si sanguin, accelerarea vitezei de reactie a gazelor vitale (O₂ si CO₂) cu constituentii sangelui si extinderea duratei de contact dintre cele doua medii intre care se produce schimbul de gaze.

Asa cum am aratat anterior, majoritatea semnelor clinice care caracterizeaza "boala de altitudine" se datoreaza scaderii presiunii partiale a oxigenului din aerul inspirat (pO₂), care determina modificarea, in acelasi sens, a presiunii sale din aerul alveolar (p_AO₂) (Fig. 33). Valoarea de 30 mm Hg a p_AO₂ este considerata limita maxima admisibila pe care oamenii neantrenati o pot atinge la altitudini de cca. 5.000 m. Cu toate acestea, daca mecanismele hiperventilatiei functioneaza normal, ea poate scadea pana la valori de 24 mm Hg, cu conditia efectuarii unui stadiu de aclimatizare prealabila in barocamera.

Fig. 33. Presiunea partiala a oxigenului din aerul inspirat si alveolar la diferite inaltimi.

Hipocapnia de altitudine este un fenomen fiziologic derivat hipoxiei si se datoreaza scaderii presiunii partiale a CO₂ (p_AO₂) din sange, in vederea limitarii efectelor hiperventilatiei, care la altitudini mari, ar determina eliminarea in exces a CO₂ din sange, afectand grav coeficientul schimbului gazos al organismului. In consecinta, valorile p_AO₂ constituie un sistem complementar de control al gradului de adaptare la altitudine, impunand ritmul si amplitudinea respiratiei tisulare ce permite organismului uman sa efectueze eforturi fizice pentru mentinerea functionalitatii capacitatii sale vitale (Tabel 8).

Tabelul 8. Presiunea partiala a O₂ si CO₂ la diferite altitudini

Ca urmare a modificarilor gazoase datorate hipoxiei si hipocapniei de altitudine, in mediul sanguin se produc reactii compensatoare, care au in vedere imbunatatirea gradului de aprovizionare cu oxigen a tesuturilor vitale. In faza reactiei imediate se inregistreaza usoara crestere a numarului de globule rosii (policitemie) prin: mobilizarea sangelui restant din organele-rezervoare (splina) (care acumuleaza un volum sanguin de 200-300 cm³ cu un continut de 70-90% hematii), deshidratarea organismului (care determina cresterea vascozitatii sangelui) si intensificarea hematopoezei (productiei de hematii noi) (care dupa 24 de ore de sedere la o altitudine de 4.500 m creste cu 60%).

La randul sau, aceasta determina cresterea numarului de globule albe din sangele circulant (leucocitoza), care, in conditiile unei expuneri hipoxice indelungate, provoaca usoara crestere a timpului de coagulare a sangelui (hipercoagulabilitate). Datorita acestui efect, la altitudini mari, orice rana deschisa tinde sa favorizeze aparitia starii septice, datorita expunerii microbiene prelungite impusa de lipsa reactiei de coagulare a sangelui. Pentru a preveni asemenea eventualitate care poate avea consecinte letale, indienii din Anzii peruvieni isi trimit sotiile insarcinate la ses, pentru a fi siguri ca, in momentul nasterii, acestea nu sunt expuse riscurilor hemoragice prelungite.

Primele modificari respiratorii produse la altitudine afecteaza, totodata, si starea functionala a aparatului cardio-vascular, care reactioneaza cu atat mai brusc cu cat ascensiunea este mai rapida. In primul stadiu, scaderea pO₂ din sangele arterial determina cresterea frecventei cardiace (ce poate fi cu 11-15% mai mare decat cea inregistrata in starea de repaus la ses); marirea volumului sistolic (volumul de sange pompat de inima in timpul unei sistole) cu 50% pana la altitudinea critica de 5.000 m; cresterea, pana la dublare, a debitului cardiac si sporirea tensiunii arteriale; iar prin cumularea efectelor, impune cresterea travaliului inimii, care la o altitudine de 7.500 m atinge 23 kgm/min fata de 11-12 kgm/min cat este valoarea normala de la ses.

In al doilea stadiu, datorita hiperexcitabilitatii corticale de la altitudini mai mari, sistemul cardio-vascular da semne de bradicardie, in urma careea se aproduce hipertrofierea cardiaca, exprimata prin cresterea dimensionala a cordului drept. In acest sens, studiile de patologie cardio-vasculara au aratat ca morbiditatea de gen, caracteristica populatiilor ce traiesc la mare altitudine, atinge proportii alarmante (12% din totalul populatiei peruviene), intretinand un activ ritm al mortalitatii prin infarct miocardic acut. In cazul hipoxiilor severe, la altitudini mai mari de 6.000 m, activitatea cardiaca pare sa revina spre tahicardie, dar prin accentuarea efectului vasoconstrictor central, ce apare in timpul celui de-al treilea stadiu, hipertensiunea se accentueaza ireversibil, producand sincopa cardiaca. In plus, data fiind anvergura modificarilor fiziologice datorate scaderii altitudinale a presiunii atmosferice, trebuie sa mentionam ca la nivelul sistemului endocrin predomina o stare generala de inhibitie, responsabila pentru diminuarea activitatii glandei tiroide, a secretiilor lactare si a fertilitatii naturale. Din acest motiv, in randul populatiilor care traiesc la mari altitudini se inregistreaza cele mai mari valori ale mortalitatii infantile (99%₀ in Peru, 124%₀ in Bolivia, 144%₀ in Nepal si Bhutan), ca urmare a deficientelor fiziologice in timpul unui defectuos proces de dezvoltare intrauterina si travaliu.

Nu in ultimul rand, prin actiunea conjugata a tuturor acestor mecanisme fiziologice, metabolismul bazal inregistreaza evidente tendinte de crestere, in vederea asigurarii potentialului energetic necesar mentinerii functiilor vitale in conditiile hipoxiei de altitudine. In acest scop, persoanelor care merg la munte li se recomanda o alimentatie bogata in glucide, care sa reprezinte 70% din valoarea energetica a ratiei alimentare, precum si un aport sporit de vitamine din grupul B si C, care sa stimuleze functiile hepatice si digestive.

Majoritatea tulburarilor clinice datorate scaderii altitudinale a presiunii atmosferice caracterizeaza comportamentul oamenilor neaclimatizati, de tip slab (fainting type) (U.C. Luft, 1961), care nu au experienta ascensiunilor repetate pe munte. Nivelul optim de aclimatizare altitudinala se atinge de abia intre varstele de 20 si 34 de ani, cand prin perfectionarea calitatilor individuale si stabilizarea functiilor fiziologice se depaseste pragul "bolii acute de altitudine".