Работая над статьёй об истории освоения Аусангате (6384 м) — высочайшей точки хребта Кордильера-Вильканота в Перу, я наткнулся на неожиданный факт.
Первый масштабный и задокументированный контакт человека с высотами Аусангате произошёл летом 1935 года. 14 июля группа из десяти гарвардских физиологов под руководством Джона Талботта развернула на склонах массива сеть лагерей (самый высокий — на отметке 5300–5500 м). Они не штурмовали вершину: их задачей было изучение адаптации организма к гипоксии - нехватке кислорода.
Эта экспедиция не получила официального статуса в спортивных хрониках, но стала фундаментом для всей высокогорной медицины. Именно по её материалам в 1937 году была опубликована классическая работа Дилла, Талботта и Консолацио «Blood as a physicochemical system. XII. Man at high altitudes».
На ScienceDirect я нашёл эту работу. Ниже научно популярный перессказ этих исследований.
Представьте, что вас подняли на вершину горы высотой более 5 километров — выше знаменитого базового лагеря Эвереста.
Воздух здесь разрежен, кислорода почти вдвое меньше, чем на уровне моря. Каждое движение даётся с трудом, дыхание учащено. Но что происходит внутри вашего тела? Как меняется кровь — эта удивительная жидкость, переносящая кислород и питательные вещества?
В 1935 году группа учёных из Гарвардского университета отправилась в высокогорную экспедицию в Чили, чтобы ответить именно на этот вопрос. Их работа, опубликованная в 1937 году, стала классикой физиологии и до сих пор цитируется в учебниках.
Главные герои: эритроциты и гемоглобин
Первое, что обнаружили исследователи, — на больших высотах количество красных кровяных клеток (эритроцитов) значительно увеличивается. Это логично: чем больше эритроцитов, тем больше гемоглобина — белка, который связывает кислород. Организм как бы «наращивает парк грузовиков» для доставки топлива.
Однако есть нюанс. Несмотря на рост числа эритроцитов, концентрация гемоглобина внутри каждой клетки остаётся неизменной. То есть клетки не становятся «качественнее» — их просто становится больше. При этом объём плазмы (жидкой части крови) может немного уменьшаться, поэтому общее количество белка в циркуляции падает.
Адаптация к высоте: почему кровь жителя гор не закисляется, даже когда дыхание учащается
При подъёме на высоту человек дышит чаще и глубже — так организм пытается захватить больше кислорода. Но это приводит к вымыванию углекислого газа (CO₂), который в крови превращается в угольную кислоту (H₂CO₃). Кислотность снижается и на высоте возникает риск сдвига pH крови в щелочную сторону.
Постараюсь объяснить это проще. Представьте себе обычную воду с каплей лимонного сока — это слабокислая среда. Если добавить в неё совсем немного пищевой соды, кислотность снизится, среда станет слабощелочной. Вы не почувствуете никакого привкуса — но для крошечных биологических механизмов внутри клеток эта перемена окажется огромной. Именно так и работает кровь: даже небольшой сдвиг в щелочную сторону меняет поведение белков и ферментов, заставляя гемоглобин «прилипать» к кислороду вместо того, чтобы отдавать его тканям. Кровь человека — очень тонкий раствор, который должен быть лишь слегка щелочным (pH ~ 7,4). Природа отвела ему очень узкий коридор: всего 0,3 единицы в любую сторону — иначе начинаются тяжелые последствия.
Как работает дыхание на равнине?
Когда мы выдыхаем углекислый газ, в крови он превращается в угольную кислоту. Эта кислота работает как регулятор громкости, только вместо звука она регулирует кислотность крови.
Больше кислоты → кровь становится кислее (сдвиг вниз по шкале pH).
Меньше кислоты → кровь становится щелочнее (сдвиг вверх по шкале pH).
Дыхание — это ваша рука на этом регуляторе. Дышите чаще — «выкручиваете ручку вниз», убираете кислоту, кровь становится более щелочной. Дышите реже — кислоты накапливается больше, кровь подкисляется.
Что происходит в горах?
На высоте кислорода мало. Организм в панике: «Спасайся!» — и заставляет нас дышать часто и глубоко (гипервентиляция). Человек выдыхает огромное количество углекислого газа, намного больше обычного. Кровь теряет свою угольную кислоту. Условно говоря, из нее «выдувают лимонный сок».
В результате возникает риск «защелачивания» (алкалоза):
Кровь становится слишком щелочной (как будто в нее капнули соду). В этом состоянии гемоглобин отказывается отдавать кислород тканям (парадокс: кислород есть, но он «прилипает» к эритроцитам). У человека начинаются:
Головокружение и «ватные» ноги,
Мышечные судороги (нервы перевозбуждаются),
Ощущение удушья, хотя дышишь вроде бы глубоко,
В тяжелых случаях — потеря сознания.
Как организм решает эту проблему (если успевает акклиматизироваться)?
Это гениальный ход нашего организма! Почки начинают выводить с мочой щелочные вещества (бикарбонаты). Кровь искусственно возвращается в нормальное, чуть кисловатое состояние. Этот трюк авторы статьи назвали «снижением щелочного резерва». Кровь становится менее щелочной, но зато гемоглобин снова начинает отдавать кислород.
Коротко: Глубокое дыхание в горах выдувает из крови кислоту. Кровь становится слишком «мыльной» (щелочной), из-за чего кислород застревает в эритроцитах и не доходит до мышц и мозга. Тело борется с этим, выбрасывая лишнюю щелочь через почки.
Почки — это медленная, но надёжная защита от защелачивания. Однако у организма есть и другой, более быстрый механизм, который работает прямо в кровотоке. Речь о буферной системе.
Авторы работы показали: на высоте доля эритроцитов в крови растёт. А поскольку в них белка в 5 раз больше, чем в плазме, общая буферная способность крови (защита от скачков кислотности) увеличивается примерно на треть.
Это напрямую влияет на реакцию крови на дыхание. Каждый вдох и выдох меняют уровень углекислого газа в крови — а значит, и её pH. Чем выше буферная способность - адаптация организма к высоте, тем слабее эти колебания.
На практике это означает, что дыхательный цикл меняет pH крови высокогорного жителя меньше, чем у равнинного человека. Организм жителя гор устойчивее к колебаниям pH.
Щелочной резерв: слабое место адаптации
Есть и другая проблема. Щелочной резерв крови — количество бикарбоната, который нейтрализует кислоты, — сильно падает с высотой. Если на уровне моря это около 25 миллиэквивалентов на литр, то на 5 км — всего 17–18. Это как если бы сберегательный счёт организма, который он использует про запас, вдруг уменьшился наполовину.
Почему это важно? Представьте, что вы интенсивно работаете мышцами — в крови накапливается молочная кислота. На равнине бикарбонат легко её нейтрализует. На высоте такой возможности почти нет. Поэтому физическая нагрузка в горах переносится гораздо тяжелее.
Электролиты – то, что остаётся стабильным
Во время исследований 1935 года измерили содержание основных ионов в плазме крови: натрия, калия, кальция, хлора, лактата. И обнаружили, что большинство из них почти не меняется. Падает только натрий (незначительно), а хлор даже немного растёт. Главный сдвиг — снижение бикарбоната.
Некоторые индивидуальные особенности сохраняются на любой высоте. Один из испытуемых на всех станциях имел самый высокий уровень бикарбоната, а другой — самый низкий натрий и высокий калий. Это говорит о том, что у каждого из нас есть свой «физиологический профиль», который остаётся с нами и в горах, и на равнине.
Номограмма: карта крови высотного жителя
Особую ценность работе придаёт созданная авторами номограмма — графическая «карта» состояния крови человека, полностью акклиматизированного к высоте 5,34 км (рудники Кильча, Чили). С её помощью можно предсказать, как изменится состав крови при переходе от артерий к венам, как распределится CO₂ между клетками и плазмой.
Оказалось, что на высоте более 80% связанного CO₂ переносится внутри эритроцитов — тогда как на уровне моря это примерно половина.
Кислород: неожиданный вывод
Самый парадоксальный результат касается кислорода. У шахтёров, живущих на 5,34 км и работающих на 5,8 км, содержание кислорода в артериальной крови даже выше, чем у человека на равнине (за счёт большего количества гемоглобина). Давление кислорода в венозной крови у них лишь ненамного ниже, чем у равнинного жителя в покое.
Иными словами, полностью акклиматизированный человек с тем же объёмом сердечного выброса способен поддерживать почти нормальное снабжение тканей кислородом даже в условиях, где его в воздухе вдвое меньше. Авторы замечают, что эти шахтёры каждый день поднимались от 5,34 до 5,8 км и работали — и это было для них обычным делом.
Сколько времени нужно для адаптации?
Изменения происходят не сразу. Гемоглобин нарастает неделями и месяцами. Уровень CO₂ в артериальной крови снижается постепенно. Даже спустя несколько недель на высоте 5 км полная адаптация не наступает — местные рабочие, прожившие там годами, имеют более низкий CO₂, чем члены экспедиции.
Организм продолжает тонко настраиваться очень долго. И чем выше поднимаешься, тем дольше и менее совершенной становится адаптация к высоте.
Работа 1937 года — не просто исторический документ.
Она заложила основы понимания высотной акклиматизации. Сегодня эти знания применяются:
в спортивной медицине — при подготовке альпинистов и бегунов, использующих высотные тренировки;
в реаниматологии — при лечении критических состояний с гипоксией;
в авиационной и космической медицине — ведь в негерметичной кабине на большой высоте условия схожи с горными;
при изучении хронических заболеваний лёгких и сердца, при которых организм испытывает постоянный дефицит кислорода.
Кровь человека — удивительная система, способная перестраиваться в экстремальных условиях. Она увеличивает число переносчиков кислорода, меняет буферные свойства, перераспределяет транспорт газов между клетками и плазмой. И делает всё это так тонко, что человек может не только выжить, но и активно работать на высоте почти 6 километров.
Как писали сами авторы: «Организму удаётся сохранять стабильность перед лицом чрезвычайно неблагоприятных условий». И в этом — главный урок классической физиологии: наш внутренний мир гораздо пластичнее и надёжнее, чем кажется.
