Các tác động của áp suất oxygen thấp lên cơ thể
Thích nghi với PO2 thấp
Hệ thống tuần hoàn ngoại vi thay đổi trong suốt quá trình thích nghi – tăng mạng mao mạch mô. Cung lượng tim thường tăng nhiều đến 30% ngay sau khi một người lên cao đến một độ cao cao so với mực nước biển nhưng sau đó giảm quay trở về mức bình thường trong một khoảng thời gian nhiều tuần khi hematocrit máu tăng lên, vì thế, lượng O2 được vận chuyển đến các mô cơ thể ngoại vi vẫn trong khoảng bình thường.
Một thích nghi tuần hoàn khác là sự tăng trưởng của số lượng mao mạch tuần hoàn hệ thống tăng lên, được gọi là tân sinh mạch máu. Sự thích nghi này xảy ra đặc biệt ở những động vật sinh ra và lớn lên ở các độ cao cao so với mực nước biển nhưng ít hơn ở những động vật mà tiếp xúc với các độ cao cao so với mực nước biển trễ hơn trong cuộc đời.
Trong các mô hoạt động tiếp xúc lâu dài với hạ oxygen mô, sự tăng lên trong mao mạch thì đặc biệt đáng kể. Ví dụ, mật độ mao mạch trong cơ thất phải tăng một cách đáng kể do các tác động kết hợp của hạ oxygen mô và tải quá mức lên thất phải được gây ra bởi tăng áp phổi ở các độ cao cao so với mực nước biển.
Sự thích nghi của tế bào. Ở những động vật bản địa ở các độ cao so với mực nước biển là 13,000 đến 17,000 feet, ty thể tế bào và các hệ thống enzyme oxy hóa tế bào thì hơi nhiều hơn do với các động vật cư trú ở mực nước biển. Vì thế, rõ ràng rằng là các tế bào mô của những người thích nghi với độ cao cao so với mực nước biển cũng có thể sử dụng O2 hiệu quả hơn so với những người sống ở mực nước biển.
Các yếu tố cảm ứng bởi hạ oxygen mô – một “cầu dao tổng” cho đáp ứng của cơ thể với hạ oxygen mô
Các yếu tố cảm ứng hạ oxygen mô (HIFs) là các yếu tố phiên mã liên kết DNA mà đáp ứng với sự có mặt giảm của oxygen và hoạt hóa một số genes mà mã hóa cho các proteins cần cho sự vận chuyển oxygen đầy đủ đến các mô và chuyển hóa năng lượng. HIFs được tìm thấy trong hầu như tất cả các loài thở oxygen, từ các loài giun nguyên thủy đến con người. Một số trong các genes này mà được kiểm soát bởi HIFs, đặc biệt là HIF-1, bao gồm các genes sau:
- Các genes liên quan với yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu, mà kích thích quá trình tân sinh mạch máu.
- Các genes erythropoietin mà kích thích sự sản xuất tế bào hồng cầu
- Các genes ty thể liên quan đến sử dụng năng lượng
- Các genes enzyme đường phân liên quan đến chuyển hóa yếm khí
- Các gene mà làm tăng sự có mặt sẵn của nitric oxide, mà gây ra giãn mạch phổi
Trong sự có mặt của oxygen đầy đủ, các tiểu đơn vị của HIF cần để hoạt hóa các genes khác nhau được điều hòa giảm và bất hoạt bởi các hydroxylases HIF đặc hiệu. Trong tình trạng hạ oxygen mô, chính HIF hydroxylases bị bất hoạt, cho phép sự hình thành một phức hợp HIF hoạt hóa về mặt phiên mã. Vì thế, HIFs đóng vai trò như là một “công tắc tổng” mà cho phép cơ thể đáp ứng một cách thích hợp với hạ oxygen mô.
Sự thích nghi tự nhiên của người bản địa sống ở các độ cao cao so với mực nước biển
Nhiều người bản địa ở Andes và Himalayas sống ở các độ cao so với mực nước biển là trên 13,000 feet. Một nhóm người ở Andes Peru sống ở một độ cao so với mực nước biển là 17,500 feet và làm việc trong một hầm mỏ ở độ cao 19,000 feet. Nhiều trong số những người bản địa này được sinh ra ở các độ cao cao so với mực nước biển và sống ở đó cả đời. Họ vượt trội hơn so với thậm chí những người thích nghi tốt nhất ở các vùng đất thấp trong mọi khía cạnh của sự thích nghi, mặc dù những người ở đất thấp có thể sống ở các độ cao cao so với mực nước biển 10 năm hoặc lâu hơn. Sự thích nghi của những người bản địa bắt đầu từ khi sinh ra. Đặc biệt kích thước ngực thì tăng lên đáng kể, ngược lại, kích thước cơ thể thì hơi giảm, cho ra một tỷ số cao của khả năng thông khí so với khối cơ thể. Tim của người bản địa, mà từ lúc sinh ra trở đi, bơm các lượng cung lượng tim thêm, cũng lớn hơn đáng kể so với các tim của những người sống ở vùng đất thấp.
Sự vận chuyển O2 bởi máu đến các mô cũng được tạo điều kiện đáng kể ở những người bản địa. Ví dụ, Hình 1 cho thấy các đường cong phân ly O2-hemoglobin đối với những người bản địa mà sống ở mực nước biển và đối với những người mà sống ở độ cao 15,000 feet. Chú ý rằng, PO2 động mạch ở những người bản địa ở độ cao cao so với mực nước biển là chỉ 40 mm Hg nhưng, do lượng hemoglobin lớn hơn nên lượng O2 trong máu động mạch của họ cũng lớn hơn trong máu của những người bản địa ở các độ cao so với mực nước biển thấp hơn. Cũng chú ý rằn PO2 tĩnh mạch ở những người bản địa sống ở độ cao cao so với mực nước biển chỉ ít hơn PO2 ở những bản địa sống ở độ cao thấp hơn 15 mm Hg, mặc cho PO2 động mạch rất thấp, cho thấy rằng sự vận chuyển O2 đến các mô thì cực kì hiệu quả ở những người thích nghi ở độ cao cao so với mực nước biển một cách tự nhiên.
Giảm khả năng làm việc ở các độ cao cao so với mực nước biển và tác động tích cực của sự thích nghi
Ngoài suy giảm tâm thần được gây ra bởi hạ oxygen máu, khả năng làm việc của tất cả các cơ, cơ tim cũng như là cơ xương, bị suy giảm một cách đáng kể trong trạng thái hạ oxygen mô. Nhìn chung, khả năng làm việc bị suy giảm tỷ lệ thuận với sự giảm trong mức hấp thu O2 tối đa mà cơ thể có thể đạt được.
Để đưa ra một ý tưởng về tầm quan trọng của sự thích nghi trong tăng khả năng làm việc, xem xét các sự chênh lệch lớn trong các khả năng làm việc dưới dạng phần trăm của những người không thích nghi và thích nghi ở một độ cao so với mực nước biển là 17,000 feet, được thể hiện trong Bảng 1. Vì thế, những người bản địa thích nghi tự nhiên có thể đạt được công đầu ra hằng ngày thậm chỉ ở một độ cao cao so với mực nước biển gần như bằng với những người ở những vùng thấp hơn ở mực nước biển, mà thậm chí những người sống ở các vùng đất thấp có khả năng thích nghi tốt cũng hầu như không bao giờ có thể đạt được kết quả này.
Bệnh núi cấp tính và phù phổi do độ cao cao so với mực nước biển
Một phần trăm nhỏ trong số những người lên cao nhanh chóng đến các độ cao cao so với mực nước biển trở nên mắc bệnh cấp tính và có thể tử vong nếu như không được sử dụng O2 hay di chuyển nhanh chóng đến một độ cao thấp hơn. Bệnh bắt đầu từ một vài giờ lên đến khoảng 2 ngày sau khi đi lên cao. Hai sự kiện thường xảy ra:
1. Phù não cấp tính. Phù này được cho là do giãn mạch cục bộ của các mạch máu não, mà được gây ra bởi hạ oxygen mô. Giãn các tiểu động mạch làm tăng lưu lượng máu vào trong các mao mạch, vì thế, làm tăng áp suất mao mạch, mà cuối cùng làm cho dịch thoát vào trong các mô não. Các yếu tố hóa học như yếu tố tăng trưởng nội mô và các cytokines gây viêm cũng có thể đóng góp vào phù bằng cách làm tăng tính thấm của tế bào nội mô. Phù não sau đó có thể dẫn đến rối loạn định hướng nghiêm trọng và các tác động khác liên quan đến rối loạn chức năng não bộ.
2. Phù phổi cấp tính. Nguyên nhân của phù phổi cấp tính thì vẫn chưa chắc chắn, nhưng có thể được giải thích như sau. Hạ oxygen mô nặng làm cho các tiểu động mạch phổi co mạnh, nhưng sự co thì đáng kể hơn nhiều ở một số phần của các phổi so với các phần khác, vì thế, ngày càng nhiều lưu lượng máu phổi được đẩy qua ngày càng ít các mạch máu phổi vẫn chưa co. Kết quả cuối cùng là áp suất mao mạch trong các khu vực của các phổi này trở nên đặc biệt cao, và phù cục bộ xảy ra. Sự mở rộng của quá trình lan đến ngày càng nhiều vùng hơn của các phổi dẫn đến phù phổi lan tỏa và rối loạn chức năng phổi nghiêm trọng mà có thể gây tử vong. Cho người đó thở O2 thường đảo ngược quá trình trong nhiều giờ. Cùng các yếu tố hóa học mà được cho là làm tăng tính thấm mao mạch trong não cũng có thể đóng góp vào tăng tính thấm mao mạch phổi và phù trong các phổi.
Bệnh núi mạn tính
Đôi khi, một người mà vẫn ở một độ cao cao so với mực nước biển quá lâu sẽ trải qua bệnh núi mạn tính, trong đó các tác động sau đây xảy ra:
1. Khối lượng tế bào hồng cầu và hematocrit trở nên đặc biệt cao
2. Áp suất động mạch phổi trở nên tăng thậm chí nhiều hơn sự tăng bình thường mà xảy ra trong suốt quá trình thích nghi.
3. Phía bên phải của tim trở nên giãn quá mức.
4. Áp suất động mạch ngoại vi bắt đầu giảm.
5. Suy tim sung huyết bắt đầu.
6. Tử vong thường theo sau nếu như người đó không được di chuyển đến một độ cao thấp hơn.
Có ba nguyên nhân chính của trình tự các sự kiện này:
1. Khối tế bào hồng cầu trở nên lớn đến nỗi độ đặc của máu tăng vài lần. Độ đặc tăng lên này có khuynh hướng làm giảm lưu lượng máu mô đến nỗi sự vận chuyển O2 cũng bắt đầu giảm.
2. Các tiểu động mạch phổi trở nên co mạch bởi vì hạ oxygen phổi. Sự co mạch này do tác động co của mạch do hạ oxygen mà bình thường hoạt động để chuyển lưu lượng máu từ các phế nang thấp-O2 đến các phế nang giàu-O2, như được giải thích trong loạt bài viết trước. Tuy nhiên, bởi vì tất cả các phế nang bây giờ trong trạng thái thấp-O2 nên tất cả các tiểu động mạch trở nên co, áp suất động mạch phổi tăng một cách quá mức, và tim phải bị suy yếu.
3. Sự co thắt tiểu động mạch phế nang chuyển hầu hết lưu lượng máu qua các mạch máu của phổi không có phế nang, vì thế, gây ra một lưu lượng máu shunt của phổi quá mức, nơi mà máu được oxygen hóa kém, mà làm phức tạp hơn nữa vấn đề. Hầu hết những người mắc tình trạng này hồi phục trong vòng nhiều ngày hay nhiều tuần khi họ di chuyển đến các độ cao so với mực nước biển thấp hơn.
Các tác động của các lực gia tốc lên cơ thể trong sinh lý hàng không và sinh lý không gian
Do các sự thay đổi nhanh trong vận tốc và hướng của chuyển động trong các máy bay và các tàu vũ trụ nên một số loại lực gia tốc ảnh hưởng đến cơ thể trong suốt chuyến bay. Lúc đầu chuyển bay, gia tốc tuyến tính đơn giản diễn ra, vào cuối chuyến bay, giảm tốc diễn ra và mỗi khi phương tiện rẽ hướng, gia tốc ly tâm xảy ra.
Các lực gia tốc ly tâm
Khi một máy bay thực hiện một cú rẽ, lực gia tốc ly tâm được xác định bởi mối liên hệ sau đây:
f = (mv2)/r
trong đó f là lực gia tốc ly tâm, m là khối lượng của vật, v là vận tốc của sự di chuyển và r là bán kính của đường cong của sự rẽ hướng. Từ phương trình này, rõ ràng là khi tốc độ tăng lên, lực gia tốc ly tâm tăng lên tỷ lệ với bình phương của vận tốc. Cũng rõ ràng là lực của gia tốc thì tỷ lệ thuận với độ đột ngột của sự chuyển hướng (bán kính nhỏ hơn).
Sự đo lực gia tốc – “G”. Khi một phi công đơn giản ngồi trong ghế của anh ta, lực mà anh ấy đè lên ghế do lực kéo của trọng lực thì bằng với trọng lượng của người đó. Độ mạnh của lực này được nói là +1 G do nó bằng với lực kéo của trọng lực. Nếu như lực mà người đó đè lên ghế nhiều gấp 5 lần trọng lượng bình thường trong suốt quá trình bay lên từ một sự hạ xuống thấp, lực tác động lên ghế ngồi là +5G.
Nếu như máy bay đi qua một vòng ngoài để cho người đó được giữ bởi dây an toàn thì G âm được đặt lên cơ thể. Nếu như lực mà người đó được giữ bởi dây an toàn là bằng với trọng lượng cơ thể thì lực âm là -1 G.
Các bạn có thể xem bài viết mới trên Facebook tại đây: https://www.facebook.com/61550892771585/
Các bạn có thể xem bài viết trước tại đây: https://docsachxyz.com/sinh-ly-hang-khong-do-cao-va-khong-gian-phan-1/
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo nhé !!!
