ΕΠΕΑΕΚ ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΠΟΥΔΩΝ ΤΟΥ Τ.Ε.Φ.Α.Α.ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ - ΑΥΤΕΠΙΣΤΑΣΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΑΓΩΓΗΣ & ΑΘΛΗΤΙΣΜΟΥ ΜΕ 0103 «Φυσιολογία της Άσκησης: Αθλητική απόδοση και Επιβίωση σε αντίξοες συνθήκες» 7η Διάλεξη: «Η επίδραση του υψομέτρου: μαθήματα από τις μεγάλες αποστολές στο Έβερεστ» Effects of altitude: lessons from Everest Δρ. Καρατζαφέρη Χριστίνα, Λέκτορας Χ. Καρατζαφέρη 1
Τα θέματα της σημερινής συζήτησης Σύνδεση με τα προηγούμενα: Επίδραση του υψομέτρου στην ανθρώπινη φυσιολογία. Άσκηση σε υψόμετρο. Προβλήματα στο υψόμετρο. Μαθήματα από την κατάκτηση του Έβερεστ. Χρόνιες προσαρμογές στο υψόμετρο. Άλλα αθλήματα και υποξία. Χ. Καρατζαφέρη 2
Συνθήκες στο μεγάλο υψόμετρο (High Altitude) > 1,500 m (4,921 ft) πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Μειωμένη βαρομετρική πίεση Υποβαρικές συνθήκες (hypobaric). Μειωμένη μερική πίεση οξυγόνου (PO2). Μειωμένη θερμοκρασία αέρα. Χαμηλό ποσοστό υγρασίας. Ηλιακή ακτινοβολία αυξημένης έντασης. Χ. Καρατζαφέρη 3
Μεταβολές βαρομετρικής (PB) & μερικής πίεσης οξυγόνου (PO 2 ) ανάλογα με το υψόμετρο Υψόμετρο(m) P B (mmhg) PO 2 (mmhg) 0(sea level) 760 159.2 1,000 674 141.2 2,000 596 124.9 3,000 526 110.2 4,000 462 96.9 9,000 231 48.4 ΣΗΜΕΙΩΣΗ: ΟΙ ΤΙΜΕΣ ΜΕΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ (PO 2 ) ΟΥΣΙΑΣΤΙΚΑ ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΟΥΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΟΞΥΓΟΝΟΥ Πηγή: J.H. Wilmore & David L. Costill, PHYSIOLOGY OF SPORT & EXERCISE Χ. Καρατζαφέρη 4
Μεταφορά οξυγόνου: Ο ρόλος της αιμοσφαιρίνης Κάθε μόριο Hb δεσμεύει τέσσερα άτομα οξυγόνου σε μια γρήγορη και αναστρέψιμη διαδικασία. ΟσυνδυασμόςHbO2 ονομάζεται οξυαιμοσφαιρίνη. Η Hb μετά την αποδέσμευση Ο2 ονομάζεται Ανηγμένη Αιμοσφαιρίνη (HHb). Πνεύμονες HHb + O 2 HbO 2 + H + Ιστοί Χ. Καρατζαφέρη 5
Μεταφορά CO2: Ο ρόλος του HCO3 H Hb δεσμεύει CO2 (20%) ενώ κάποιο ποσοστό διαλύεται στο πλάσμα (10%). Το υπόλοιπο (70%) μεταφέρεται στο Πλάσμα ως HCO3 από τους Ιστούς στα Ερυθροκύτταρα (Το ένζυμο Καρβονική Ανυδράση βρίσκεται μέσα στα ερυθροκύτταρα). CO 2 + H 2 O ---> H 2 CO 3 KA H 2 CO 3 -> H + + HCO - P CO2 3 Από τα ερυθροκύτταρα στους Πνεύμονες. H + + HCO 3- -> H 2 CO 3 H 2 CO 3 ---> CO 2 + H 2 O KA P CO2 Χ. Καρατζαφέρη 6
Εγκλιματισμός στο υψόμετρο Αριθμός των ερυθροκυττάρων Όγκος πλάσματος Συγκέντρωση Hb και η γλοιότητα του αίματος. Εμβαδόν μυϊκών ινών και η εγκάρσια τομή των μυών. Πυκνότητα τριχοειδών. Πνευμονικός αερισμός.. Η αρχική VO2 max μετά την πρώτη έκθεση δε βελτιώνεται ιδιαίτερα. Χ. Καρατζαφέρη 7
Μεγάλο υψόμετρο Μεγάλο υψόμετρο: 1500 3500 m (5000-11500 ft). Πολύ μεγάλο υψόμετρο: 3500-5500 m (11500 18000 ft). Ακραίο υψόμετρο (extreme altitude): >5500 m. Χ. Καρατζαφέρη 8
Φυσιολογικές Αλλαγές Υπεραερισμός (γρήγορη αναπνοή, βαθιά αναπνοή, ή και τα δύο). Λαχάνιασμα κατά την προσπάθεια (εύκολο λαχάνιασμα). Αναπνευστικέςαλλαγέςκαιτηνύχτα. Διακοπτόμενη αναπνοή κατά τον ύπνο (κανονική αναπνοή- αργή αναπνοή- άπνοιαγρήγορη αναπνοή). Διακοπτόμενος ύπνος. Αυξημένη διούρηση. Χ. Καρατζαφέρη 9
Παράδοξα προβλήματα Υπεραερισμός -> CO 2 -> ρυθμούαναπνοής! Η [CO 2 ] είναι ερέθισμα για αναπνοή. Η [Ο 2 ] είναι αδύναμο ερέθισμα και λειτουργεί ως η τελευταία δικλίδα ασφαλείας. Κατά την εγρήγορση δεν προκαλεί ιδιαίτερα συμπτώματα.? Χ. Καρατζαφέρη 10
Παράδοξα προβλήματα Κατά τον ύπνο η διακοπτόμενη αναπνοή (periodic breathing) είναι αποτέλεσμα εναλλαγής αυτών των ερεθισμάτων. Δεν αποτελεί σύμπτωμα της ασθένειας του υψομέτρου. Προκαλεί όμως άγχος. Διούρηση: Το οσμωτικό κέντρο επαναπροσδιορίζει την ωσμωμοριακότητα του αίματος.? Χ. Καρατζαφέρη 11
Accute mountain sickness (AMS) Ασθένεια του υψομέτρου Ασθένεια του βουνού. Πρόληψη : >3000 m άνοδος 300 m / ημέρα. Πιθανώς οφείλεται σε ελαφρό οίδημα του εγκεφάλου. Διάγνωση: πονοκέφαλος + ένα από τα παρακάτω: Ανορεξία, ναυτία, εμετός. Αδυναμία, έντονη κόπωση. Ζάλη, μετεωρισμός. Αϋπνία. Θεραπεία: ξεκούραση 2-3 ημέρες, υγρά, αναλγητικά & Acetazolamide (Diamox ),η κάθοδος δεν είναι απαραίτητη. Κάνει τα νεφρά να αποβάλλουν διττανθρακικό (HCO3)-> οξεοποιείται το αίμα-> διεγείρεται η αναπνοή. Χ. Καρατζαφέρη 12
AMS HACE Αδύνατον να προβλέψουμε ποιος θα πάθει AMS. Μπορεί να συμβεί στον καθένα. Δεν πρέπει να συνεχιστεί η άνοδος εάν δεν υποχωρήσει. Το AMS έχει ένα εύρος συμπτωμάτων και επιπλοκών και πολύ γρήγορα εάν δεν αντιμετωπιστεί οδηγεί σε HACE. Αταξία -? Περπάτημα σε ίσια γραμμή. Άμεση εκκένωση του ασθενούς. Χ. Καρατζαφέρη 13
ΧΡΥΣΟΙ ΚΑΝΟΝΕΣ Χρυσός κανόνας I Εάν δε νιώθετε καλά στο υψόμετρο είναι ασθένεια του υψομέτρου (AMS) μέχρι αποδείξεως του ενάντιου! Χρυσός κανόνας II Ποτέ μην συνεχίζετε την άνοδο με συμπτώματα AMS. Χρυσός κανόνας III Εάν χειροτερεύουν τα συμπτώματα σας κατεβείτε χαμηλότερα αμέσως! Χ. Καρατζαφέρη 14
Δύο γυναίκες Sherpa αγοράζουνσιτηράστηναγοράστοnamche Bazaar (3440 m, 11400 ft). Πηγή: http://www.high-altitude-medicine.com/photos-mountain.html Χ. Καρατζαφέρη 15
Μοναχοί χορεύουν στο ετήσιο φεστιβάλ Mani Rimdu στην Thame (3800m, 12500 ft). Ένα φεστιβάλ αφιερωμένο στον θεό του Ελέους, καιοιχορευτέςαναπαριστούντηνιστορία της έλευσης του Βουδισμού στο Θιβέτ. Χ. Καρατζαφέρη 16 Πηγή: http://www.high-altitude-medicine.com/photos-mountain.html
Mount Everest (the black pyramid on the left) and its neighbors Lhotse (barely visible to the right of the smaller lenticular cloud) and Nuptse (on the right). The Khumbu ice fall is seen descending between Everest and Nuptse and sweeping around through the foreground. Χ. Καρατζαφέρη 17 Πηγή: http://www.high-altitude-medicine.com/photos-mountain.html
Ηστέγητουκόσμου: Έβερεστ (Chomo Lungma) Για κάθε έξι κατακτήσεις ένας θάνατος! Έχουν γίνει αναβάσεις με και χωρίς φιάλες οξυγόνου. ΤΟ 1996 οκτώ άνθρωποι πέθαναν σε μιαμέρακατάτηδιάρκειατων γυρισμάτων μιας ταινίας Imax με θέμα το Έβερεστ. Σημ. οι πιλότοι αεροπλάνων πρέπει να παίρνουν συμπληρωματικό οξυγόνο σε υψόμετρο πάνω από 10,000 ft! Χ. Καρατζαφέρη 18
Χαμένοι στο Έβερεστ: Ψάχνοντας τους Mallory & Irvine Μετά από δυο ανεπιτυχείς αποστολές στο Έβερεστ στα 1921 & 1922 ο George Mallory και ο Andrew Irvine εξαφανιστήκαν κοντά στην κορυφή το 1924. Το 1999 αναρριχητές με την υποστήριξη της Nova ανακάλυψαν το καλά διατηρημένο σώμα του George Mallory. Ακόμα και σήμερα δεν γνωρίζουμε τις ακριβείς συνθήκες θανάτου τους ούτε εάν κατέκτησαν την κορυφή. Χ. Καρατζαφέρη 19
Η κατάκτηση: Ed Hillary και Tenzing Norgay Στις 29 Μαΐου, 1953 ένας Νεοζηλανδός και ένα Ινδός Sherpa κατέκτησαν την κορυφή. Χρησιμοποίησαν φιάλες οξυγόνου Η κατάκτηση του Έβερεστ είχε πολλές πολιτικές και κοινωνικές επιπτώσεις. Χ. Καρατζαφέρη 20
Χωρίς επιπλέον οξυγόνο: Reinhold Messner και Peter Habeler. 8 Μαΐου 1978, για πρώτη φορά κατακτήθηκε το Έβερεστ χωρίς τη χρήση φιαλών οξυγόνου. Ο Messner περιέγραψε τα συναισθήματα του: In my state of spiritual abstraction, I no longer belong to myself and to my eyesight. I am nothing more than a single narrow gasping lung, floating over the mists and summits. Η επιτυχία τους έκανε την επιστημονική κοινότητα να αναθεωρήσει τις απόψεις για τα όρια της ανθρώπινης επιβίωσης. Ο Messner επέστρεψε στο Έβερεστ το 1980 για μια σόλο ανάβαση, ξανά χωρίς έξτρα οξυγόνο. Ήταν ο πρώτος που αναρριχήθηκε σε όλες τις κορυφές > 8000 m. Χ. Καρατζαφέρη 21
ΟκόσμοςτωνSherpa Ζουν στα ανατολικά Ιμαλάια, στα > 4,200 m (14,000 ft). Καλλιεργούν πατάτες και εκτρέφουν Yak τα οποία τους προσφέρουν μαλλί, δέρμα, κρέας, γάλα και βούτυρο. Είναι Θιβετιανοί Βουδιστές και οι περισσότεροι ζουν σε χωριά χωρίς ηλεκτρικό και τηλέφωνο. Λόγω της προσαρμογής τους στο μεγάλο υψόμετρο αποτελούν τη βάση κάθε αναρριχητικής αποστολής. Τι προσαρμογές νομίζετε ότι έχουν αναπτύξει; Χ. Καρατζαφέρη 22
Φυσιολογικά χαρακτηριστικά των Sherpa Μικρόσωμοι και γεροδεμένοι. Ενδείξεις ότι έχουν ιδιαίτερη ικανότητα να δεσμεύουν Ο 2 στο αίμα. Ειδικά ένζυμα βοηθούν την Hb να δεσμεύει & να απελευθερώνει Ο 2 γρήγορα. Οι πνεύμονές τους είναι πιο ευαίσθητοι σε χαμηλά επίπεδα Ο 2 Διατηρούν γρηγορότερο ρυθμό αναπνοής κατά την ηρεμία. Χ. Καρατζαφέρη 23
Φυσιολογικά χαρακτηριστικά των Sherpa Η καρδιά τους αντί να βασίζεται κυρίως στην καύση λιπών βασίζεται περισσότερο σε μια αποδοτική (50%) καύση γλυκόζης. Οι πνεύμονές τους παράγουν διπλάσιες ποσότητες ΝΟ, που είναι ένα φυσικό αγγειοδιασταλτικό (οι Sherpa δε παθαίνουν HAPE). Υπάρχουν πολλές ακόμα ανεξήγητες διαφοροποιήσεις. Χ. Καρατζαφέρη 24
Κίνδυνος υποξίας σε διάφορα αθλήματα Αιωροπτερισμός & αλεξίπτωτο πλαγιάς (Hangliding & Paragliding). Ελεύθερη πτώση (Skydiving). Το αεροσκάφος ανεβάζει τους αλεξιπτωτιστές στα 17-21,000 ft και πηδούν (Center Float ή Freestyle). Ιδιαίτερο πρόβλημα σε συνδυασμό με αφυδάτωση αφού οι περισσότερες πτήσεις γίνονται το καλοκαίρι. Απαραίτητο να υπάρχει σωστό σύστημα Ο2 για όλους. Ιστιοπλοΐα (boating) Κακόςσχεδιασμόςσκάφουςή μετατροπών μπορεί να οδηγήσει σε δηλητηρίαση από το CO. Άπνοια Καταδύσεις. Χ. Καρατζαφέρη 25
Υποξία και πτήσεις Ambient Altitude in feet 80,000 40,000 35,000 22,500 15,000 SL Cessna 152 Boeing 727 Boeing 777 Boeing 747 15,000 SL 5,500 SL SL SL SL = Sea Level 6,500 4,500 SL SL SL 7,700 4,700 SL SL SL Ασθενείς με χρόνια πνευμονοπάθεια, ή σοβαρή αναιμία και ιδιαίτερα όσοι είναι καπνιστές, μπορεί να πάθουν σοβαρή υποξία ακόμα και στο τεχνητό περιβάλλον του αεροσκάφους στα 6-7,000 ft. Χ. Καρατζαφέρη 26
ΧΡΟΝΟΙ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΣΥΝΕΙΔΗΣΗΣ (ΟΥΣΙΑΣΤΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ) ΥΨΟΜΕΤΡΟ 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000 50,000+ ΧΡΟΝΟΣ ΣΥΝΕΙΔΗΣΗΣ 5 12 minutes 2 3 minutes 45 75 seconds 30 60 seconds 10 30 seconds 12 15 seconds 12 or less seconds Φανταστείτετιμπορείνασυμβεί με την απότομη άρση της πιέσεως τηςκαμπίναςενόςαεροσκάφους Χ. Καρατζαφέρη 27
Θέματα για συζήτηση/ μελέτη Τι ορίζουμε ως ακραίο υψόμετρο; Ποια προβλήματα έχουν να αντιμετωπίσουν όσοι εκτίθενται σε ακραίο υψόμετρο ; Περιγράψτε τις προσαρμογές των Σέρπα Με δεδομένο τον φτωχό εξοπλισμό της εποχής ποια προβλήματα αντιμετώπισαν οι Mallory & Irvine κατά την αποτυχημένη τους απόπειρα για την κατάκτηση της κορυφής του Έβερεστ; Ποια τα μυστικά της επιτυχίας των Hillary και Norgay ; Γιατί η καμπίνα ενός επιβατικού αεροσκάφους μπορεί να είναι ένα περιβάλλον επικίνδυνο για την επιβίωση ενός ατόμου με εμφύσημα; Χ. Καρατζαφέρη 28
Αγγλική ορολογία Keywords για Medline: exercise, cold, hypoxia, high altitude, HAPE, acclimatization, altitude training, muscle adaptations, NO, lung function, flight Χ. Καρατζαφέρη 29
Επίλογος Οι αποστολές σε ακραία υψόμετρα, όπως στα Ιμαλάϊα, έδωσαν πολλές πληροφορίες για τα όρια της ανθρώπινης επιβίωσης Οι κάτοικοι των μεγάλων υψομέτρων παρουσιάζουν εξειδικευμένες φυσιολογικές προσαρμογές που τους προστατεύουν από τις ασθένειες του υψομέτρου. Δε μπορεί να προβλεφθεί ποιος θα πληγεό από την ασθένεια του υψομέτρου για αυτό και χρειάζεται προσεκτική προετοιμασία για αποστολές σε μεγάλο υψόμετρο Ο εγκλιματισμός και η σταδιακή άνοδος είναι απαραίτητοι παράγοντες για μια ασφαλή αποστολή Χ. Καρατζαφέρη 30
Βιβλιογραφία Σημειώσεις διδάσκοντα Επιλεγμένη βιβλιογραφία Σχετικά κεφάλαια από βιβλία εργοφυσιολογίας Chapman, Robert F., James Stray-Gundersen, and Benjamin D. Levine. Individual variation in response to altitude training. J. Appl. Physiol. 85(4): 1448 1456, 1998. Green, Howard, B. Roy, S. Grant, C. Otto, A. Pipe, D. McKenzie, and M. Johnson. Human skeletal muscle exercise metabolism following an expedition to Mount Denali. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol 279: R1872 R1879, 2000. Χ. Καρατζαφέρη 31