Co to w ogóle jest ta wysokość ciśnieniowa i dlaczego to takie ważne w górach wysokich? Tym razem trochę bardziej techniczny wpis dla górołazów i miłośników gór wysokich. Wszyscy wiemy, że wraz ze wzrostem wysokości zmienia się też ciśnienie atmosferyczne, co przedkłada się również na ilość tlenu w górskim powietrzu.
A bez tlenu nie tak łatwo i nawet trywialne czynności urastają do rangi wymagającego przedsięwzięcia. Wielokrotnie przyłapałem się na tym, że na znacznej wysokości w przypadku kiepskiej aklimatyzacji miałem trudności przy wiązaniu buta lub nawet w podjęciu decyzji, w co się ubrać. Tak, tak… to nie tylko problem płci pięknej przed wyjściem na randkę, ale i troska wspinaczy podczas akcji wysokogórskich.
Wstęp
Wraz ze wzrostem wysokości zmienia się też ciśnienie atmosferyczne, co przedkłada się na ilość tlenu w powietrzu. Przy ograniczonym dostępie tlenu na wysokości organizm może mieć trudności w prawidłowym funkcjonowaniu i nawet trywialne górskie podejścia lub czynności urastają do rangi wymagającego przedsięwzięcia. Na wysokości powyżej 6000 m, mając kiepską aklimatyzację (Rys. 1), trudno było mi zawiązać buta lub nawet zdecydować, w co się ubrać.
Z fizjologicznego punktu widzenia do życia człowiekowi potrzebne są powietrze, woda i pokarm. I to właśnie tlen jest najbardziej krytyczny do przeżycia. Ciśnienie wymusza przepływ powietrza do płuc i dlatego też wysokość ciśnieniowa określa, jak będziemy się czuć podczas akcji wysokogórskiej. Współcześnie zawartość powietrza zmienia się w niewielkim stopniu i w najniższej części atmosfery tlen stanowi jeden z kluczowych składników. Jednakże wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie maleje i jednocześnie maleje też ilość cząstek tlenu na jednostkę objętości.
Człowiek i tlen
U ludzi, którzy przemieszczają się zbyt szybko na duże wysokości, może występować ostra choroba wysokościowa (ang. acute mountain sickness, AMS) i wysokościowy obrzęk mózgu (ang. high altitude cerebral edema, HACE). Kiedy AMS i HACE są rozpoznawane wcześnie i zastosowane są odpowiednie środki zaradcze, większość przypadków może liczyć na całkowite wyleczenie w ciągu kilku godzin (AMS) lub kilku dni (HACE). Zignorowanie objawów może jednak doprowadzić do poważnych konsekwencji i w ostateczności śmierci.
Ból głowy jest głównym objawem AMS i zwykle występuje w połączeniu z innymi objawami jak np. bezsenność, zmęczenie, zawroty głowy, nudności. Sytuacja zazwyczaj pogarsza się w nocy, ponieważ podczas snu na dużej wysokości oddychanie jest nierówne i mniej wydajne. Podczas snu większość ludzi ma rzadszy i spłycony oddech, co obniża odrobinę poziom nasycenia krwi tlenem [1].
Tlen w atmosferze
Przewidywanie zmiany ciśnienia wraz ze wzrostem wysokości przy użyciu atmosfery standardowej jest powszechnie stosowane w lotnictwie. Biorąc pod uwagę wrażliwość ludzkiego organizmu na zmianę zawartości tlenu w atmosferze, dokładniejszy model przewidywania ciśnienia jest potrzebny w przypadku szeroko pojętej działalności wysokogórskiej. Dlatego modelowanie wysokości ciśnieniowej z uwzględnieniem szerokiego zakresu warunków środowiskowych (tj. wahania temperatury na skutek szerokości geograficznej i pory roku) wydaje bardziej odpowiednie.
Wpływ niedoboru tlenu na pracę mózgu
Hipoksja
Wpływ niedoboru tlenu na pracę mózgu oraz percepcję otoczenia jest charakterystyczny dla każdego i trudno przewidzieć zachowanie człowieka, zanim znajdzie się konkretnej sytuacji. Istnieje jednak ogólne wyobrażenie o potencjalnych objawach w zależności od poziomu hipoksji (patrz Rys. 2). Łagodne niedotlenienie (SpO2 = 100-80%) jest dość naturalnym efektem zwiększania wysokości oraz całego procesu aklimatyzacji. Łagodne niedotlenienie nie wpływa zasadniczo na funkcjonowanie mózgu ani zmysłów. Niemniej jednak, niektórzy ludzie są bardziej wrażliwi na skutki niedotlenienia niż inni i mogą wykazywać pewne zmiany w funkcjonowaniu mózgu nawet prze niewielkiej zmianie nasycenia hemoglobiny tlenem.
Umiarkowane niedotlenienie na poziomie SpO2 = 80-60% nie powoduje utraty przytomności, ani nie wpływa na oddychanie, ale ma znaczny wpływ na funkcjonowanie mózgu i zmysłów. Objawy umiarkowanej hipoksji mogą być różnić się między wspinaczami i obejmują jeden lub więcej z wielu symptomów wywołanych niedotlenieniem jak zmiany w kolorze skóry z powodu desaturacji hemoglobiny, ograniczenie pola widzenia i rozmycie obrazu, drżenie mięśni i ataksja, uczucie obojętności lub euforii, a nawet poczucie władzy i poczucie posiadania niepodważalnej wiedzy. Dobrymi, łatwo mierzalnymi objawami są pogorszenie się charakteru pisma na dużej wysokości lub konieczność dużego wysiłku umysłowego, żeby wykonać choćby mały nawet ruch. Umiarkowane niedotlenienie trwające od kilku godzin do kilku dni może wywoływać zmiany funkcji umysłowych, takie jak trudności z koncentracją, z planowaniem, w wykonywaniu obliczeń i w zapamiętywaniu, co więcej, powrót do normalnego funkcjonowania może zająć nawet od kilku do kilkunastu miesięcy [2].
Podczas akcji wysokogórskiej powinniśmy unikać umiarkowanego niedotlenienia oraz pod żadnym pozorem nie doprowadzić organizmu do ciężkiego (SpO2 = 60-40%) i skrajnego niedotlenienia (SpO2 < 40%). Mnie przytrafiło się podczas dość uciążliwego procesu aklimatyzacji mieć odczyt z pulsoksymetru na poziomie 68%. Towarzyszyło to dość przykrym doświadczeniom jak silny punktowy ból głowy, ogólne otępienie, wrażliwość na hałas, problem przy podejmowaniu decyzji, niechęć do rozmów i konstruktywnego działania. Bez wahania zdecydowaliśmy się na natychmiastowe zejście do obozu na niższej wysokości, żeby kontynuować aklimatyzację. Ciśnienie parcjalne tlenu na różnych wysokościach wraz z odpowiadającym im poziomem nasycenia hemoglobiny (SpO2) przedstawione są w tabeli poniżej [3].
| Wysokość [st] | Wysokość [m] | Ciśnienie powietrza [mmHg] | Ciśnienie tlenu [mmHg] | Ciśnienie tlenu w odniesieniu do poziomu morza [%] | Saturacja hemoglobiny tlenem [%] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 760 | 159 | 100 | 98 | ||
| 5000 | 1524 | 639 | 134 | 84 | 95 | ||
| 7500 | 2286 | 584 | 122 | 77 | 93 | ||
| 10000 | 3048 | 534 | 112 | 70 | 89 | ||
| 12500 | 3810 | 487 | 102 | 64 | 87 | ||
| 14000 | 4267 | 460 | 96 | 61 | 83 | ||
| 16500 | 5029 | 418 | 87 | 55 | 77 | ||
| 20000 | 6096 | 365 | 76 | 48 | 65 | ||
| 25000 | 7620 | 299 | 62 | 39 | <60 |
Proszę zwrócić uwagę, że ciśnienie powietrza przedstawione w Tabeli 1 w odniesieniu do wysokości bezwzględnej jest określone na podstawie atmosfery standardowej, gdzie zakłada się rozkład liniowy temperatury bezwzględnej wraz ze zmianą wysokości geopotencjalnej. Pozostałe dwie wartości jak ciśnienie i gęstość są obliczane w oparciu o odpowiedni układ równań gazu.
Biologia komórki
Mitochondria odgrywają ważną rolę w pozyskiwaniu energii z glukozy i innych odżywczych cząsteczek. Bez wystarczającej ilości tlenu mitochondria nie mogą pełnić tej istotnej funkcji. W przypadku braku tlenu, komórki mogą jeszcze uzyskać niewielką ilość energii od składników odżywczych poprzez glikolizę i przemianę kwasu pirogronowego do kwasu mlekowego, ale ten beztlenowy proces dostarcza bardzo mało energii i zwiększa poziom zakwaszenia krwi. Ten stan może powodować potencjalnie niebezpieczną kwasicę. Mięśnie sercowe i szkieletowe kurczą się słabiej, gdy poziom kwasu jest wysoki.
Niedotlenienie wpływa również na inne istotne struktury komórkowe. Pompa sodowo-potasowa, czyli kanał membranowy odpowiedzialny za utrzymywanie właściwej równowagi soli i wody w komórkach, wymaga dużej ilości energii do wykonania swojej pracy. Płyn śródmiąższowy i krew mają wysoki poziom sodu, ale niski poziom potasu, odwrotnie jest zaś w przypadku cytoplazmy w komórkach. Niedotlenienie może zatrzymać pracę pompy sodowo-potasowej, powodując obrzęk komórek. Na przykład nabłonek, który wyścieła pęcherzyki płucne, zawiera pompy sodowo-potasowe, aby umożliwić przenikanie soli i wody z pęcherzyków do przestrzeni śródmiąższowej, a ostatecznie do krwi. Dzięki temu płyn nie gromadzi się w pęcherzykach płucnych. Niedotlenienie spowalnia transkrypcję genu dla pompy, zmniejszając liczbę pomp wytwarzanych przez komórki nabłonkowe. Ta utrata pomp zmniejsza zdolność organizmu do usuwania wody z płuc i powoduje wysokościowy obrzęk płucny (ang. high altitude plumonary edema, HAPE).
Dodatkowo, gdy krew przepływa przez naczynia włosowate, płyn opuszcza plazmę, wypełnia przestrzeń śródmiąższową, a następnie wraca do plazmy. Główną siłą wypychającą płyn z naczyń włosowatych jest ciśnienie krwi. Jakakolwiek zmiana zwiększająca ciśnienie krwi w naczyniach włosowatych (np. ang. hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV) może spowodować, że nadmiar płynu opuści naczynia włosowate i spowoduje obrzęk tkanki. Główną siłą, która wciąga płyn z powrotem do naczyń włosowatych, jest ciśnienie osmotyczne cząsteczek białka zawieszonych w osoczu krwi. Każda zmiana, która umożliwia wyciek białek plazmy z naczyń włosowatych (taka jak uszkodzenie ściany naczyń włosowatych), może zmniejszyć ilość płynu, który wraca do naczyń włosowatych, powodując obrzęk. Na dużej wysokości, na skutek hipoksji, to zjawisko powoduje lekkie puchnięcie twarzy z rana oraz dłoni ze stopami za dnia [4].
Co więcej, coraz więcej dowodów sugeruje, że komórki śródbłonka naczyń włosowatych odgrywają kluczową rolę w patofizjologicznych zachowaniach związanych z inicjacją i progresją AMS. Hipoksja gwałtownie indukuje zaburzenia metabolizmu energetycznego, aktywację komórek śródbłonka naczyń, a następnie powoduje dysfunkcję śródbłonka. To ostatecznie prowadzi do utraty kontroli naczynioruchowej, rozwoju stanu zapalnego i przebudowy układu sercowo-naczyniowego [5].
Odczuwalna wysokość w górach
Spadek ciśnienia barometrycznego wraz ze wzrostem wysokości (patrz Rys. 3) przedkłada się na spadek ciśnienia parcjalnego tlenu w płucach powodując hipobaryczne niedotlenienie (ang. hypobaric hypoxia). Niedotlenienie jest głównym wyzwaniem, z którym ludzie borykają się na dużych wysokościach, i główną przyczyną AMS oraz HACE. W przypadku reakcji organizmu ludzkiego na zmianę wysokości warto podkreślić, że to ciśnienie parcjalne tlenu na danej wysokości jest bardziej miarodajne niż sama wysokość geograficzna, na przykład w pobliżu biegunów atmosfera jest cieńsza, a zatem ciśnienie barometryczne jest niższe dla tej samej wysokości bezwzględnej.
Wysokość ciśnieniowa
Atmosfera standardowa od dawna jest używana w lotnictwie do określania, jak ciśnienie maleje wraz ze wzrostem wysokości. Przy wyznaczaniu parametrów atmosfery wzorcowej zakłada się, że atmosfera jest układem statycznym, powietrze jest gazem suchym, skład chemiczny nie zależy od wysokości, a punktem odniesienia jest poziom morza. Zakłada się następujące parametry graniczne na poziomie morza [6]:
- temperatura: T0 = 288,15 K (15 °C)
- ciśnienie: p0 = 1013,25 hPa (760 mmHg)
- gęstość: ρ0 = 1,225 kgm-3
- prędkość dźwięku: a0 = 340,294 ms-1
- gradient temperatury (do 11 km): –6,5 K/km.
Rys. 4 przedstawiono jak zmienia się ciśnienie w zależności od zmiany wysokości na podstawie atmosfery standardowej zdefiniowanej w ISO 2533:1975. Dodatkowo charakterystyczne szczyty zostały wyszczególnione wraz z odpowiadającym ciśnieniem, które odnosi się do wysokości bezwzględnej w oparciu o atmosferę standardową.
Jednak ten model nigdy nie był przewidziany do dokładnego przewidywania wysokości ciśnieniowej w szerokim zakresie warunków środowiskowych. Wysokość ciśnieniowa zleży głównie od temperatury, co zmienia się znacznie w zależności od szerokości geograficznej i pory roku. Na szczęście społeczność geofizyków stworzyła modele atmosferyczne, które uwzględniają zmianę szerokości geograficznej i miesiąca kalendarzowego. W przełomowym artykule [7] zostało wykazane, że atmosfera standardowa jest nieadekwatna, biorąc pod uwagę konkretną lokalizację i datę obserwacji oraz dodatkowe zmienne (tj. szerokość geograficzna, pora roku), aby dokładnie obliczyć wysokość ciśnieniową. Następnie w [8] rozszerzono metodologię szacowania zmienności wysokości ciśnieniowej z powodu pogody i szerokości geograficznej oraz zastosowano zaproponowany model matematyczny dla popularnych gór wysokich.
Ciśnienie tlenu na popularnych szczytach
Pierwszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę (patrz Rys. 5), jest to, że wysokość ciśnieniowa na Evereście nigdy nie osiągnie wysokości fizycznej. To dobra wiadomość dla tych, którzy wspinają się bez dodatkowego tlenu. Dodatkowo, wysokość ciśnieniowa na szczycie K2 okazuje się prawie taka sama jak dla Everestu w styczniu i grudniu, natomiast w lipcu spada odrobinę poniżej 8000 metrów. Następnie możemy zaobserwować, że Mt Vinson, który znajduje się w polarnej strefie klimatycznej, ma wysokość ciśnieniową zdecydowanie większą od wysokości fizycznej. Należy również pamiętać, że szczyty najbardziej oddalone od równika (tj. Denali i Mt Vinson) mają wysokość ciśnieniową bliską lub przewyższającą ich fizyczne wysokości przez cały rok. Aconcagua to szczyt, który liczy sobie prawie 7000 metrów, jednakże znajduje się dość blisko równika i przez prawie cały rok wysokość ciśnieniowa jest niższa od bezwzględnej. Natomiast Pik Lenina liczy sobie również około 7000 metrów, jednakże z powodu położenia stosunkowo na północy, jego wysokość ciśnieniowa znacznie przewyższa pomiary wysokości fizycznej.
Warto też zwrócić uwagę, na jakich wysokościach zamierzamy zakładać obozy i zaplanować wyprawę oraz cały proces aklimatyzacji z uwzględnieniem wysokości (bezwzględnej lub bardziej miarodajnej ciśnieniowej) oraz różnicy wysokości pomiędzy obozami. Na Rys. 6 został przedstawiony rozkład biwaków pod Aconcaguą na drodze klasycznej przez dolinę Horcones. Biorąc pod uwagę poziom nasycenia hemoglobiny tlenem z Tabeli 1, możemy zauważyć, że dojście do Plaza de Mulas na wysokości 4390 m n.p.m. spowoduje tylko łagodne niedotlenienie i nie powinno przysporzyć przeciętnemu organizmowi większych problemów. Jednakże w przypadku Plaza Canadá (5050 m n.p.m.) poziom hipoksji zmieni się z łagodnego na umiarkowany i nie powinno się tam przebywać (a szczególnie nocować) bez uprzedniej aklimatyzacji.
Różnice w temperaturze w zależności od szerokości geograficznej oraz pogoda uwarunkowana strefą klimatyczną mogą mieć zauważalny wpływ na wysokość ciśnieniową, czyli odczuwalną przez człowieka. Tak więc, planując wyprawę na nowy szczyt, rozsądnie jest wziąć pod uwagę inne czynniki niż tylko wysokość fizyczna. Na podstawie Rys. 5 łatwo zauważyć, że Aconcagua i Pik Lenina, pomimo zbliżonej wysokości bezwzględnej (patrz Rys. 4), zupełnie inaczej będą dawać się we znaki wspinaczowi z powodu rzeczywistej zawartości tlenu w atmosferze.
Dlatego warto podczas planowania wyprawy sprawdzić szerokość geograficzną i porównać ją z innymi szczytami, na które wcześniej się wspinaliśmy. Jeśli w Ameryce Południowej wspięliśmy się prawie na 6000 metrów, to nie zakładajmy, że jest to równowartość 6000 metrów na Alasce. Podczas planowania ekspedycji wysokogórskiej zastanówmy się, jak bardzo wspinaczka w sezonie lub poza sezonem wspinaczkowym (tj. w zimie) oraz jak okresowe wahania temperatur na szczycie lub w okolicy przedkładają się na zmianę ciśnienia.
Dużo informacji i wskazówek znajdziesz w książce z wejścia na Aconcaguę. Ta relacja z solowej wyprawy na najwyższy szczyt południowej półkuli to opowieść o wyzwaniu, ale bez nadęcia, z lekką narracją i z przymrużeniem oka. Zawiera wiele zdjęć oraz cennych rad dla tych, którzy chcieliby zmierzyć się z górą.
Podsumowanie
We wpisie zostało pokazane jak wysokość ciśnieniowa i w konsekwencji zawartość tlenu w atmosferze zmienia się w zależności od zmiennych warunków środowiskowych. Warte odnotowania są następujące punkty:
- Szerokość geograficzna, poprzez przesunięcie przyspieszenia spowodowane siłą grawitacji, powoduje zmianę wysokości ciśnieniowej wynikającej z kombinacji siły odśrodkowej na skutek obrotu Ziemi i rozkładu masy na skutek ekscentryczności Ziemi. Jednakże te zmiany wysokości ciśnieniowej są niewielkie i mają pomijalny wpływ na tych, którzy wspinają się na najwyższe góry świata.
- Odchylenia wysokości ciśnieniowej spowodowane szczególnie niskimi lub wysokimi temperaturami są wystarczająco duże, żeby uwzględnić w przypadku planowania wyprawy wysokogórskiej oraz aklimatyzacji. Wysokość ciśnieniowa w zależności od nasłonecznienia zależnego od pory roku (tj. od następstwa ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca i nachylenia osi ziemskiej do płaszczyzny orbity tego ruchu) może znacznie różnić się od wysokości bezwzględnej.
Zawartość tlenu w atmosferze (ciśnienie tlenu) bezpośrednio przedkłada się na pracę organizmu człowieka. Przebywanie na dużej wysokości może doprowadzić do:
- Łagodnej lub umiarkowanej hipoksji. Umiarkowane niedotlenienie nie zagraża bezpośrednio naszemu zdrowiu lub życiu, jednak długotrwałe przebywanie na wysokości z utlenowaniem krwi tętniczej poniżej 80% najpewniej wywoła zmiany funkcji umysłowych, a powrót do normalnego funkcjonowania może zająć od kilku do kilkunastu miesięcy.
- Dysfunkcji błon komórkowych (np. pomp sodowo-potasowych w pęcherzykach płucnych lub śródbłonka w naczyniach włosowatych), co może doprowadzić do obrzęku oraz problemów z wiązaniem i uwalnianiem tlenu z hemoglobiny.
- Zakwaszania organizmu w przypadku glikolizy w warunkach beztlenowych.
Tlen jest konieczny do prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka i wpływ zmniejszonego ciśnienia tlenu na znacznych wysokościach przedkłada się na cały szereg procesów metabolicznych. W dalszym ciągu poznajemy, jak nasz organizm funkcjonuje, zwłaszcza w ekstremalnych warunkach i nasza wiedza odnośnie zachowania podczas wypraw wysokogórskich systematycznie się poszerza.
Słowniczek
Aklimatyzacja – rodzaj adaptacji do zmiennych warunków spowodowanych zmianą miejsca pobytu, zachodzącej w naturalnych warunkach. W zakres aklimatyzacji wchodzą przystosowania do klimatu, czasu i wysokości. Najtrudniejszą dla człowieka i najbardziej niebezpieczną jest aklimatyzacja do wysokości n.p.m. Mogą wystąpić objawy ostrej choroby wysokościowej, która w skrajnych przypadkach może doprowadzić nawet do śmierci.
Atmosfera wzorcowa, atmosfera standardowa (ang. international standard atmosphere, ISA) – pionowy, umowny rozkład ciśnienia, temperatury, gęstości i lepkości kinematycznej powietrza oraz prędkości dźwięku przyjęty za wzorzec międzynarodowy do porównywania wyników badań statków powietrznych. Parametry atmosfery wzorcowej są obliczane przy założeniu, że atmosfera jest układem statycznym, powietrze jest gazem suchym, a jego skład chemiczny nie zależy od wysokości.
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).
Ostra choroba wysokościowa (ang. acute mountain sickness, AMS) – zespół chorobowy spowodowany brakiem adaptacji do warunków panujących na dużych wysokościach. Z reguły pojawia się na wysokościach powyżej 2500 m n.p.m., gdzie dostępność tlenu w powietrzu, ze względu na rozrzedzenie atmosfery, zaczyna być za mała na potrzeby organizmu człowieka. Z reguły pierwszymi objawami są ból głowy, nudności, wymioty. Często także osłabienie, brak apetytu, zawroty głowy, problemy z zaśnięciem.
Pulsoksymetr – urządzenie elektroniczne służące do nieinwazyjnego pomiaru saturacji krwi, wykorzystujące pomiar pochłaniania przez tkanki promieniowania o dwóch różnych długościach fal metodą pulsoksymetrii.
Saturacja (nasycenie) hemoglobiny tlenem – oznacza nasycenie cieczy (krwi tętniczej) gazem (tlenem). Pomiar saturacji oznacza procent związania hemoglobiny we krwi z tlenem (zawartości oksyhemoglobiny). Oznaczenie wartości saturacji wyraża się skrótem „Sp” dodając chemiczny symbol gazu np. tlenu „O2”, oraz procentowy wynik badania „X%”. Przykładowy zapis to „SpO2 97%”
Wysokość bezwzględna (ang. true altitude above medium sea level, AMSL) – wysokość mierzona względem średniego poziomu morza.
Wysokość ciśnieniowa (ang. pressure altitude) – określona na podstawie różnicy ciśnień, charakteryzująca się tym, że równym ciśnieniom odpowiadają równe wysokości ciśnieniowe.
Podziękowania
Autor chciałby podziękować Romanowi Gołędowskiemu z wydawnictwa Annapurna za cenne wskazówki i wsparcie w trakcie przygotowania materiału.
Piśmiennictwo
[1] C. Imraya, A. Wright, A. Subudhie, R. Roache, „Acute Mountain Sickness: Pathophysiology, Prevention, and Treatment,” Progress in Cardiovascular Diseases, Volume 52, Issue 6, May–June 2010, Page(s) 467–484.
[2] G. M. Woerlee, „Anesthesia & Hypoxia,” Anesthesia: Problems & Answers, 2005–2017, [Online] www.anesthesiaweb.org/hypoxia.php.
[3] S. R. Mehler, „The Pilot: An Air Breathing Mammal,” Human Factors Bulletin, Flight Safety Foundation, 1981.
[4] Ch. S. Houston, D. E. Harris, E. Zeman, „Going Higher: Oxygen, Man, and Mountains,” The Mountaineers Books, 2005.
[5] P. Zhiyuan, C. Wenyu, Z. Yanfang, L. Chaoliang, W. Hai, „Targeting Endothelial Dysfunction in High-Altitude Illness with a Novel Adenosine Triphosphate-Sensitive Potassium Channel Opener,” Advances in . High-Altitude Medicine and Hypoxic Physiology in China, 2012.
[6] International Organization for Standardization, “Standard Atmosphere, ISO 2533:1975,” 1975.
[7] J. B. West, „Prediction of barometric pressures at high altitudes with the use of model atmospheres,” Journal of Applied Physiology, Volume 81, Issue 4, October 1996, Pages 1850-1854.
[8] A. Helman, J. Workman, J. Sype, „The Determination of Pressure Altitude and Implications for High Altitude Physiology,” 2006, [Online] www.cohp.org/ak/notes/pressure_altitude_v6.html.
Cytowanie
Zawarte w artykule informacje oraz grafiki można stosować do celów niekomercyjnych, jednakże proszę pamiętać o zamieszczeniu następującej noty:
«Łukasz Kocewiak, „Wysokość ciśnieniowa a góry wysokie”, 2017, Kartka z Podróży, [Online] www.kartkazpodrozy.pl/2017/12/wysokosc-cisnieniowa-a-gory-wysokie.»
Rozbudowany artykuł w formacie PDF można pobrać tutaj:
„Wysokość ciśnieniowa a góry wysokie (Rev. 2)”.
19 Responses
Świetnie napisane – niemalże z dokładnością naukowca. Niby wiele osób zna przyczyny choroby wysokowosciowej ale mało kto potrafi wyjaśnić jej mechanizm. Jeszcze mniej słyszało o wysokości ciśnieniowej. Dla mnie to odświeżenie fundamentalnej wiedzy, może nieprzydatnej w ukochanych Gorcach, ale ważnej w kontekście planowanych wypraw. 🙂 Dzięki
No pięknie to wszystko opisaliście 🙂 Pierwszy raz odczułam wysokość i brak aklimatyzacji w Kirgistanie podczas wspinaczki po Tien szanie. Po całodniowej, naprawdę męczącej wędrówce, na 4 tys. metrów, nie mogłam się doczekać, kiedy w końcu położę się do namiotu i pójdę spać…. zasnęłam dopiero o 4 nad ranem i całą noc walczyłam z nudnościami i bólem głowy. Ale za to kolejne dni na podobnej wysokości spałam jak dziecko 😀
To dopiero przygoda, co? Pamiętam swój pierwszy nocleg powyżej 4k, to było w Gruzji pod Uszbą. Też dość przykre doznania. 🙂
Według Tabeli 1 około 4k m n.p.m. powinniśmy mieć nasycenie około 85%, co według Rys. 2 nie powinno mieć przykrych konsekwencji, tylko tymczasowe dolegliwości.
Pod tym kątem góry wysokie budzą respekt – nie tylko wymagają sprzętu, odpowiedniego przygotowania technicznego, ale przede wszystkim fizycznego. Choć znam osoby, które z powodów zdrowotnych, o których nie miały wcześniej bladego pojęcia, musiały zrezygnować ze wspinania się na dużych wysokościach.
Fachowy tekst! Powinien on dotrzeć do szerszej publiczności. Może niektórym „kozakom” wybierającym się z marszu na wyprawy wysokogórskie np. do Nepalu uzmysłowiłby, że organizm do takiej wyprawy trzeba odpowiednio przygotować, że każdy ma ograniczenia i zwykła brawura oraz chęć zaimponowania innym możne doprowadzić do tragedii.
Dodałem na dole artykułu odnośnik do wersji w formacie PDF. Teraz każdy może sobie pobrać i wydrukować lub przeczytać offline. Jest to wersja odrobinę rozbudowana i złożona w dwóch kolumnach, żeby lepiej się czytało. 🙂
Artykuł dla wszystkich amatorów gór! Bardzo przystępnie napisany, same konkrety i bardzo fachowa wiedza. Świetna robota 🙂
Bardzo dobry i ciekawy wpis, szczególnie grafika z górami – mega obrazowe. Swoją drogą, przypomniała mi się historia. Kiedyś w Iranie przypadkiem trafiłem na ponad 4000 metrów nad poziomem morza. Cieszyłem się, że odetchnąłem od strasznie zaśmieconego powietrza w Teheranie. Przystanąłem w kupie śniegu i… zapaliłem papierosa 😀 Przyznaję, to chyba jedyny raz kiedy na prawdę mi nie smakował! 🙂
Cześć! Palenie papierosów obniża poziom nasycenia hemoglobiny o kilka procent. Na 4ooo m, jeżeli dość szybko przeniosłeś się z mniejszej wysokości, miałeś utlenowanie pewnie niewiele powyżej 80%. Wtedy zdecydowanie można czuć się lekko skołowanym. 🙂
Dobry tekst, Łukasz. Cytacje, bibliografia, przypisy, zahacza mocno stylistyką o charakter przeglądowego artykułu naukowego. Szkoda, że Twój blog nie jest na liście filadelfijskiej 😀
Choć nigdy nie było mi dane być w górach wysokich i na dużych wysokościach, to zaciekawiłeś mnie tym tematem. I w książce, i w tym wpisie. Jedyne bóle głowy i nudności to miewałem po 50 kilometrach górskich, beskidzkich wędrówek w ciągu jednego dnia. Tylko to było raczej z odwodnienia. Było to dawno i nie znałem zasady, że przy górskich łazęgach trzeba pić na każdą godzinę 250 ml płynów 😉
Tak, tak… w górach bardzo łatwo się odwodnić. Nie przez przypadek w schroniskach serwują piwo w szklanicach o pojemności minimum pół litra. 😉
Typowo wraz ze zwiększaniem się temperatury, maleje gęstość gazów, w tym powietrza. Jaka jest zatem fizyczna przyczyna tego, że latem np. na Mount Everest lub K2 jest większa zawartość tlenu niż zimą, a nie odwrotnie?
Dziękuję za pytanie, bardzo dobry komentarz.
W tym przypadku wystarczy się skupić na ciśnieniu tlenu w atmosferze na danej wysokości. Ciśnienie atmosferyczne (uwzględniając równanie hydrostatyczne, równanie gazu doskonałego i gradient adiabatyczny) jest przede wszystkim zależne od zmiany temperatury wraz z wysokością.
Gęstość gazu odnosi się do równania hydrostatycznego, które mówi, że zmienia się wraz z ciśnieniem w zależności od wysokości oraz od siły grawitacji. Nie skupiam się na tym bezpośrednio tutaj. Ciśnienie na danej wysokości jest wyrażane przez poniższe równanie. Wykładnik potęgi -mg/RL w równaniu jest równy -5.255753.
p(h) = p(0)(1 + Lh/T(0))^(-mg/RL)
Atmosfera standardowa opiera się o wartości graniczne na poziomie morza, o których wspominam we wpisie. W rzeczywistości te parametry graniczne (np. ciśnienie, temperatura na poziomie morza) są inne i dlatego mamy inną wysokość ciśnieniową dla danej wysokości bezwzględnej i w konsekwencji inną zawartość (a efektywnie ciśnienie) tlenu na poszczególnych szczytach w zależności od pory roku.
Czyli jeżeli latem temperatura u podnóża góry (tj. na poziomie morza dla danych współrzędnych geograficznych, T(0)) jest wyższa to argument funkcji wykładniczej o wykładniku ujemnym będzie mniejszy niż zimą. Oznacza to, że latem ciśnienie jest wyższe na wysokości h aniżeli w zimie.
W naszym przypadku skupimy się bezpośrednio na ciśnieniu, bo to właśnie ciśnienie parcjalne tlenu w atmosferze i w konsekwencji w naszych płucach wpływa na to, ile hemoglobina jest w stanie przechwycić tlenu w naczyniach krwionośnych pęcherzyków płucnych.
To właśnie wyższe ciśnienie (zgodnie z krzywą wysycenia hemoglobiny) powoduje, że tlen chętniej łączy się z grupami hemowymi w erytrocytach i wymusza konformację hemoglobiny.
— Łukasz
Dzięki za odpowiedź. Zrozumienie wzoru przerasta aktualnie moje możliwości. Rozumiem w takim razie, że dla przyswajania tlenu istotne jest ciśnienie i że ciśnienie gazu wzrasta wraz z jego temperaturą (wyższa temperatura daje większą energię cząsteczkom, te się szybciej poruszają, stąd wyższe ciśnienie – tak to rozumiem „na wyobraźnię”, nie wiem czy poprawnie). Patrzę na rys. 5 i widzę, że w przypadku np. K2 to mi się zgadza, czyli latem wyższa temperatura powoduje większe ciśnienie, a zatem mniejszą „wysokość ciśnieniową”. Z jakiego powodu w takim razie na Piku Lenina ta zależność od temperatury przedstawia się odwrotnie? Obydwa te szczyty są na bardzo zbliżonej szerokości geograficznej, lato jest więc tam w tych samych miesiącach, zakładam więc, że zmiany temperatury w ciągu roku w tych miejscach następują równolegle i w tę samą stronę.
Czytałem jeszcze na ten temat, sprawdziłem raz jeszcze i widzę, że pomyliłem kolory wykresów z rys. 5 w artykule i przez to powyżej napisałem o Piku Lenina, a miałem na myśli wykres dla Mount Vinson. Mount Vinson jest na półkuli południowej, gdzie najzimniej jest w okolicach lipca i sierpnia, dlatego przebieg wykresu „wysokości ciśnieniowej” wygląda w jego wypadku odwrotnie niż dla K2, które jest na półkuli północnej. Trochę zamieszałem, ale mam nadzieję, że ta autokorekta wyjaśnia sprawę 🙂
Tak, zgadza się.
Sprawdziłem jeszcze raz obliczenia i zauważyłem, że dla Piku Lenina było błędne przeliczenie z °F na °C. Poprawiłem to i wstawiłem poprawiony wykres do wpisu. Zmiany są drobne. Teraz wysokość ciśnieniowa na Piku Lenina jest bliżej Aconcagui.
Pracujemy teraz nad większym artykułem, gdzie opisujemy szerzej wpływ zmian wysokości ciśnieniowej (odczuwalnej) na ludzki organizm oraz proces aklimatyzacji. Mam nadzieję, że już za niebawem będzie opublikowany.
A, czyli pewnie jednak wykres Piku Lenina miał poprzednio błędny kształt. Dzięki za poprawkę 🙂
Kształt był ten sam, ale wdał się błąd systematyczny (bias, offset) z powodu błędnego przelicznika sezonowego pomiaru temperatur z Oszu ze skali Fahrenheita na Celsjusza. Wtedy krzywa dla Piku Lenina była bliżej K2.
Na wysokość ciśnieniową największy wpływ ma temperatura, dlatego łatwo zauważyć trend, że latem jest wyższa niż zimą. W moich wyliczeniach założyłem, że ciśnienie na poziomie morza jest takie samo niezależnie od położenia geograficznego.
Teraz wszystko powinno być już dobrze. 🙂
Dziękuję za ciekawy artykuł. Nie chodzę po górach, ale z synem oglądałam ostatnio film o wyprawie na Mount Everest no i zaczęły się pytania 'A dlaczego…?’ Teraz mogę wszystko mu wytłumaczyć .