高度が人に与える影響
この項目では、高度が人に与える影響(こうどがひとにあたえるえいきょう)について述べる。
高度は人体にかなり大きな影響を与える。ヘモグロビンの酸素飽和度は、血液中の酸素の量を決定する。人体が海抜高度2,100mに達すると、酸素で飽和したヘモグロビンの割合は急落し始める[1]。しかし、人体は短期的にも長期的にも高度に順応し、酸素の不足をある程度補償することができる。アスリートは、この順応を利用してパフォーマンスを向上させる。しかし、順応には限度があり、登山家は8,000mを超える高度を「デス・ゾーン」と呼び、ここでは人体は順応することができない。但し旅客機の機内圧力は与圧調整のため、同高度の高地よりもかなり高く保たれている。
高度に応じた影響
人体は、気圧101,325Paの海面高で最も良いパフォーマンスを発揮する。海面高での酸素濃度は20.9%で、酸素分圧(pO2)は21.136kPaである。健康な人は、この分圧でヘモグロビンが飽和し、赤血球中で酸素に結合した赤い色素となる[2]。
気圧は高度に応じて指数関数的に低下するが、酸素の割合は高度約100kmまでほぼ一定であるため、pO2も高度に応じて指数関数的に低下する。エベレストのベースキャンプがある高度約5,000mではpO2は約半分になり、エベレストの頂上がある高度8,848mではpO2はわずか3分の1になる[3]。pO2が低下すると、人体は高地順応の反応を示す[4]。
山岳医学では、大気中の酸素量の低下を反映して、高度を3つの領域に分類している[5]。
- 高高度(High altitude) = 1,500-3,500m
- 超高高度(Very high altitude) = 3,500-5,500m
- 極高高度(Extreme altitude) = 5,500m-
これらの領域に行くことは、比較的穏やかな高山病から死に至る可能性のある高地肺水腫や高地脳浮腫まで、医学的な問題を引き起こす。高度が高くなるほど、リスクも大きくなる[6]。また、極高高度では、永続的な脳損傷のリスクも上がることが研究で示されている[7]。探検隊の同行医は通常、このような症状に対処する際に用いるデキサメタゾンを常に携行している[8]。
高度5,950mで2年間生存した記録があるが、これは定住に耐えられる極限の高度に近いと考えられている。既知の定住地の最高高度は、5,100mである[9]。7,500mを超える極高高度では、睡眠が非常に難しくなり、食物の消化がほぼ不可能になり、高地肺水腫や高地脳浮腫のリスクが大きく高まる[6][10][11]。
デス・ゾーン
登山家は、酸素の量が人間の生命を維持できなくなる点以上の高度をデス・ゾーンと呼んでいる[12]。この点は、一般的には8,000mとされる。「デス・ゾーン」という用語は、スイスの医師エドゥアール・ヴィース・デュナンが1952年に著したThe Mountain Worldに由来する[13]。
高地での登山家の死亡の多くは、直接的（生命維持機能の喪失）にも間接的（ストレス下での判断の誤り、体力の低下による事故）にも、デス・ゾーンが影響している。デス・ゾーンでは、人体は順応することができない。酸素の補給無しにデス・ゾーンに長期滞在することは、身体機能の低下、意識の喪失、そして最終的には死につながる[14][15][16]。
ボリビアの高地病理学研究所の科学者は、どちらもエベレストの頂上に近いpO2レベルである、慢性高山病の低酸素症の患者と子宮内の胎児の観測から、デス・ゾーンの存在を疑問視する[17][18]。
長期的な影響
高度2,500m以上には、約1億4000万人が生活している。研究により、これらの人々、特にアンデス山脈とヒマラヤ山脈に住む人々は、海面高に住む人々と異なった、低酸素濃度への補償方法を持っていることが明らかとなった。新しく来て順応した人と比べると、元々住んでいた人々は生まれた時から酸素供給がうまい。肺活量は全年代で大きく、運動能力も高い。チベット人は、他の高地民族よりも、脳血流が多く、ヘモグロビンの濃度が少なく、慢性高山病の影響が少ない。これらの適応は、彼らの高地での生活の長い歴史を反映していると考えられる[19][20]。
高地の定住者は、全体の死亡率がかなり低い[21]。この傾向の1つの例外は、高地の人々は、統計的に自殺率がかなり高いということである[22]。同様の傾向は、拳銃自殺（自殺の59%）にも拳銃以外での自殺にも見られる。高度と自殺のリスクの相関は、既知の自殺リスク因子である年齢、性、人種、収入等の可能性を調整しても残っている。また、研究により、睡眠時無呼吸症候群や愛煙家の人の高地での気分障害の増加は見られないことを考えると、酸素濃度は要因ではないと考えられている。自殺リスクの増加の原因は、今のところ分かっていない[22]。
高度への順応
人体は、短期及び長期の順応によって、高地に適応することができる。高地では、短期的には、酸素の不足は頚動脈小体で感知され、呼吸の増加（過換気症候群）を引き起こす。しかし、過換気症候群は呼吸性アルカローシスという副作用も引き起こし、呼吸中枢が必要なだけ呼吸率を上昇させるのを阻害する。呼吸率が上昇しない原因は、頸動脈小体の不適切な応答や肺または腎臓の病気の可能性もある[1][23]。
さらに、高地では、頻脈になり、1回拍出量は減少し、心肺機能と比べて不必要な身体機能は抑制されるため食物の消化効率は低下する[24]。
しかし、完全な順応には、数日から数週間を要する。体は徐々に、重炭酸塩を腎排泄することで呼吸性アルカローシスを補償し、アルカローシスのリスク無しに適切な呼吸ができるようになる。これにはどのような高度でも約4日間かかり、アセタゾラミド等の薬品で促進することができる[23]。最終的に、グルコースの分解量が減るため体の乳酸生成は少なくなり、血漿の体積が減り、ヘマトクリット値や赤血球の質量が増え、骨格筋組織の毛細血管の密度が高まり、ミオグロビン、ミトコンドリア、好気酵素濃度、2,3-ビスホスホグリセリン酸等が増加する[1]。血液に酸素を多く取り込むため、肺動脈圧力は増加する。
高地への血液学的に完全な順応は、赤血球数が頭打ちになり、増加が止まると完成する。要する期間は、おおよそ、km単位の高度に11.4日をかけた日数になる。例えば、4,000mの高度に順応するには、45.6日間を要する[25]。この線形関係の上限高度は、完全には分かっていない[9][17]。
高度とアスリートのパフォーマンス
アスリートのパフォーマンスに対して、高地は2つの相反する影響を及ぼす。瞬発力の必要な競技（400mまでの競走、走り幅跳び、三段跳び等）では、気圧の減少は大気からの抵抗が減ることを意味し、パフォーマンスは一般的に向上する[26]。持久力の必要な競技（5,000m以上の競走等）では、酸素の不足により、パフォーマンスは一般的に低下する。スポーツの統括組織もパフォーマンスに与える高地の影響を認識しており、例えば国際陸上競技連盟は、標高1,000mを超える場所での記録は「高地記録」として後ろに"A"を表記している。
アスリートは、高地順応をパフォーマンスの向上に活かすこともできる[4]。人体が高地に対して起こす変化は海面高度でのパフォーマンス向上に貢献する。しかし、アスリートは高地では海面高と同じ強さのトレーニングをできるわけではないので、常に良い効果があるわけではない。
このような問題から、"Live-High, Train-Low"として知られるトレーニング法が考案された。アスリートは日中の休憩の時間と夜間を高地で過ごし、低地でトレーニングを行う。1990年代のユタ大学でBen Levine、Jim Stray-Gundersenらによって行われた一連の研究により、"Live-High, Train-Low"トレーニングを数週間続けたアスリートはかなり良いパフォーマンスを得られることが示された[27][28]。また別の研究では、低地に住みながら高地で何度かトレーニングを行うことで良いパフォーマンスが得られることが示された[29]。
高地トレーニングによるパフォーマンス向上効果は、赤血球の数の増加[30]、より効率的なトレーニング[31]、または筋肉の生理的変化[32][33]による可能性がある。
出典
- ^ a b c Young, Andrew J; Reeves, John T. (2002). “Human Adaptation to High Terrestrial Altitude”. Medical Aspects of Harsh Environments. 2. Washington, DC 2009年1月5日閲覧。
- ^ “Hypoxemia (low blood oxygen)”. Mayo Clinic. 2011年12月21日閲覧。
- ^ “Introduction to the Atmosphere”. PhysicalGeography.net. 2006年12月29日閲覧。
- ^ a b Muza, SR; Fulco, CS; Cymerman, A (2004). “Altitude Acclimatization Guide”. US Army Research Inst. of Environmental Medicine Thermal and Mountain Medicine Division Technical Report (USARIEM–TN–04–05) 2009年3月5日閲覧。.
- ^ “Non-Physician Altitude Tutorial”. International Society for Mountain Medicine. 2011年6月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。22 December 2005閲覧。
- ^ a b Cymerman, A; Rock, PB. Medical Problems in High Mountain Environments. A Handbook for Medical Officers. USARIEM-TN94-2. US Army Research Inst. of Environmental Medicine Thermal and Mountain Medicine Division Technical Report 2009年3月5日閲覧。.
- ^ Fayed, N; Modrego, P.J.; Morales, H (2006). “Evidence of brain damage after high-altitude climbing by means of magnetic resonance imaging,”. The American Journal of Medicine (Elsevier) 119 (2): 168.
- ^ Krakauer, Jon (1999). Into Thin Air: A Personal Account of the Mt. Everest Disaster. New York: Anchor Books/Doubleday. ISBN 978-0-385-49478-6.
- ^ a b West, JB (2002). “Highest permanent human habitation”. High Altitude Medical Biology 3 (4): 401–7. doi:10.1089/15270290260512882. PMID 12631426.
- ^ Rose MS, Houston CS, Fulco CS, Coates G, Sutton JR, Cymerman A (December 1988). “Operation Everest. II: Nutrition and body composition”. J. Appl. Physiol. 65 (6): 2545–51. PMID 3215854 2009年3月5日閲覧。.
- ^ Kayser B (October 1992). “Nutrition and high altitude exposure”. Int J Sports Med 13 Suppl 1: S129–32. doi:10.1055/s-2007-1024616. PMID 1483750.
- ^ “Everest:The Death Zone”. Nova. PBS (1998年2月24日). 2013年1月17日閲覧。
- ^ Schott, Ben (2010年1月9日). “Death Zone”. New York Times
- ^ Darack, Ed (2002). Wild winds: adventures in the highest Andes. p. 153. ISBN 978-1-884980-81-7
- ^ Huey, Raymond B.; Xavier Eguskitza (2 July 2001). “Limits to human performance: elevated risks on high mountains”. J. Experimental Biology 204 (18): 3115–9. PMID 11581324.
- ^ Grocott, Michael P.W.; Daniel S. Martin, Denny Z.H. Levett, Roger McMorrow, Jeremy Windsor, Hugh E. Montgomery (2009). “Arterial Blood Gases and Oxygen Content in Climbers on Mount Everest”. N Engl J Med 360 (2): 140–9. doi:10.1056/NEJMoa0801581. PMID 19129527.
- ^ a b Zubieta-Castillo, G.; Zubieta-Calleja, GR, Zubieta-Calleja, L. Zubieta-Castillo, Nancy (2008). “Facts that Prove that Adaptation to life at Extreme Altitude (8842m) is possible”. In Adaptation Biology and Medicine 5 (Suppl 5): 348–355.
- ^ http://zuniv.net/pub/Everest2.pdf
- ^ Moore, LG; Niermeyer, S; Zamudio, S (1998). “Human adaptation to high altitude: Regional and life-cycle perspectives”. Am. J. Phys. Anthropol 107: 25–64. doi:10.1002/(SICI)1096-8644(1998)107:27+<25::AID-AJPA3>3.0.CO;2-L.
- ^ Moore, Lorna G (June 2001). “Human Genetic Adaptation to High Altitude”. High Altitude Medicine & Biology 2 (2): 257–279. doi:10.1089/152702901750265341.
- ^ West, John B. (January 2011). “Exciting Times in the Study of Permanent Residents of High Altitude”. High Altitude Medicine & Biology 12 (1): 1. doi:10.1089/ham.2011.12101.
- ^ a b Brenner, Barry; Cheng, David; Clark, Sunday; Camargo, Carlos A., Jr (Spring 2011). “Positive Association between Altitude and Suicide in 2584 U.S. Counties”. High Altitude Medicine & Biology 12 (1): 31–5. doi:10.1089/ham.2010.1058. PMC 3114154. PMID 21214344.
- ^ a b “Altitude Illness – Cerebral Syndromes”. eMedicine Specialties > Emergency Medicine > Environmental (16 Apr 2008). 2013年1月17日閲覧。
- ^ Westerterp, Klaas (June 1, 2001). “Energy and Water Balance at High Altitude”. News in Physiological Sciences 16 (3): 134–7. PMID 11443234.
- ^ Zubieta-Calleja, G. R.; Paulev, P-E., Zubieta-Calleja, L. Zubieta-Castillo, G. (2007). “Altitude adaptation through hematocrit change”. Journal of Physiology and Pharmacology: an Official Journal of the Polish Physiological Society 58 (Suppl 5(Pt 2)): 811–18. ISSN 0867-5910.
- ^ Ward-Smith, AJ (1983). “The influence of aerodynamic and biomechanical factors on long jump performance”. Journal of Biomechanics 16 (8): 655–8. doi:10.1016/0021-9290(83)90116-1. PMID 6643537.
- ^ Levine, BD; Stray-Gundersen, J (July 1997). “"Living high-training low": effect of moderate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance”. Journal of Applied Physiology 83 (1): 102–12. PMID 9216951 2009年1月5日閲覧。.
- ^ Stray-Gundersen, J; Chapman, RF; Levine, BD (September 2001). “"Living high-training low" altitude training improves sea level performance in male and female elite runners”. Journal of Applied Physiology 91 (3): 1113–20. PMID 11509506 2009年1月5日閲覧。.
- ^ Dufour, SP; Ponsot E, Zoll J, Doutreleau S, Lonsdorfer-Wolf E, Geny B, Lampert E, Flück M, Hoppeler H, Billat V, Mettauer B, Richard R, Lonsdorfer J. (April 2006). “Exercise training in normobaric hypoxia in endurance runners. I. Improvement in aerobic performance capacity”. Journal of Applied Physiology 100 (4): 1238–48. doi:10.1152/japplphysiol.00742.2005. PMID 16540709 2009年1月5日閲覧。.
- ^ Levine, BD; Stray-Gundersen, J (November 2005). “Point: positive effects of intermittent hypoxia (live high:train low) on exercise performance are mediated primarily by augmented red cell volume”. Journal of Applied Physiology 99 (5): 2053–5. doi:10.1152/japplphysiol.00877.2005. PMID 16227463 2009年1月5日閲覧。.
- ^ Gore, CJ; Hopkins, WG (November 2005). “Counterpoint: positive effects of intermittent hypoxia (live high:train low) on exercise performance are not mediated primarily by augmented red cell volume”. Journal of Applied Physiology 99 (5): 2055–7; discussion 2057–8. doi:10.1152/japplphysiol.00820.2005. PMID 16227464 2009年1月5日閲覧。.
- ^ Bigard, AX; Brunet, A; Guezennec, CY; Monod, H (1991). “Skeletal muscle changes after endurance training at high altitude”. Journal of Applied Physiology 71 (6): 2114–21. PMID 1778900.
- ^ Ponsot, E; Dufour SP, Zoll J, Doutrelau S, N'Guessan B, Geny B, Hoppeler H, Lampert E, Mettauer B, Ventura-Clapier R, Richard R. (April 2006). “Exercise training in normobaric hypoxia in endurance runners. II. Improvement of mitochondrial properties in skeletal muscle”. J. Appl. Physiol. 100 (4): 1249–57. doi:10.1152/japplphysiol.00361.2005. PMID 16339351 2009年3月5日閲覧。.
関連項目
外部リンク
- Physiology at MCG 4/4ch7/s4ch7_32
- IPPA, High Altitude Pathology Institute.