ниже. В зависимости от географического положения меняется относительное атмосферное давление, а с ним и парциальное давление газов, входящих в состав атмосферы.
Согласно определению, доля газа в общем атмосферном давлении есть его парциальное давление, и именно это становится решающим с точки зрения физиологии и медицины. Почему? Потому что в этом случае речь идет о реальном числе молекул кислорода во вдыхаемом воздухе. Вот пример: я беру куб, содержащий 1000 л воздуха на высоте уровня моря при давлении в одну атмосферу. В этом кубе будет содержаться 780 л азота (78 %), 210 л кислорода (21 %) и 10 л остальных газов (1 %). Теперь уменьшим вдвое атмосферное давление, что приблизительно соответствует высоте 5500 м; смесь будет содержать те же 78 % азота, 21 % кислорода и 1 % остальных газов, но число молекул соответствующих газов окажется в два раза меньше и, таким образом, в нашем кубе воздуха будет содержаться фактически 390 литров азота, 105 л кислорода и 5 л других газов. В процентном соотношении состав атмосферы остается прежним и на большой высоте, но число доступных газовых молекул изменяется. На высоте 5500 м я вдыхаю только половину молекул кислорода. Этот недостаток кислорода в крови, снижая насыщение гемоглобина кислородом, подает организму сигнал: пора принимать контрмеры.
На уровне моря насыщение гемоглобина кислородом колеблется в норме от 95 до 100 %. На высоте 5000 м – падает до 75 %. Теперь даже при незначительной физической нагрузке человек начинает испытывать нехватку воздуха. Дыхание становится чаще и глубже. Учащается пульс, чтобы компенсировать недостаточную доставку кислорода к тканям. Если человек находится на высоте 5000 м в течение нескольких дней, показатели насыщения гемоглобина кислородом немного улучшаются и могут достигнуть 85 %. Учащенное и более глубокое дыхание приводит к уменьшению содержания углекислого газа в легочных альвеолах и в крови. Это приводит к сдвигу кислотно-щелочного баланса, к изменению pH крови. Это среди прочего оказывает влияние на связывание кислорода гемоглобином эритроцитов. Отчего это происходит? И что мне следует понимать под кислотно-щелочным балансом?
О «закислении» организма, о благодетельном «ощелачивающем» лечении и «раздельном питании», которые влияют на кислотно-щелочной баланс, люди слышат из каждого утюга, но преимущественно читают в бульварной прессе. Первое – и в этом нет никаких сомнений: уравновешенный кислотно-щелочной баланс имеет важнейшее значение для нормального функционирования организма. Этот баланс влияет на функции белков, на функции клеток и проницаемость клеточных мембран. Таким образом, кислотно-щелочной баланс непосредственно вмешивается в течение физиологических процессов обмена веществ. Здесь в первую очередь речь идет о регуляции концентрации ионов водорода (H+) в организме, которые возникают, например, при расщеплении белковых молекул. Мера концентрации ионов водорода – показатель, называемый pH. Он может варьироваться в пределах от 1 до 14. При значении pH, равном 7, кислоты и щелочи находятся в водном растворе в равных количествах. При значениях pH, меньших 7, в растворе преобладают кислоты, а при значениях pH, больших 7, преобладают щелочи. Для наглядности и облегчения понимания можно привести пару примеров известных кислот и оснований. Например, соляная кислота в желудке имеет значение pH ниже единицы, лимонная кислота – 2,8, кислая капуста или вино имеют pH 4, кофе – 5, дистиллированная вода в системе охлаждения автомобильного двигателя имеет pH ровно 7; pH крови составляет 7,35–7,45, а pH кишечного сока достигает 8. В межклеточном пространстве или в крови, в так называемом внеклеточном пространстве, среднее значение pH равно 7,4. Таким образом, в организме преобладает щелочная среда.
С химической точки зрения кислоты – это вещества, которые в водном растворе выделяют ионы водорода (H+). Одна из важнейших кислот нашего организма – угольная кислота (H2CO3), которая образуется из двуокиси углерода (CO2) и воды (H2O). Основания (щелочи) – это химические соединения, которые присоединяют ионы водорода, и одним из важнейших оснований в человеческом организме можно назвать бикарбонат (HCO3–). Так как ионы водорода отличаются высокой реакционной способностью, даже небольшие изменения их концентрации приводят к значительным изменениям физиологических функций организма; в связи с этим значения pH постоянно отслеживаются регуляторными системами и поддерживаются в очень узких пределах. Концентрация свободных ионов водорода во внеклеточной жидкости составляет 35–44 нмоль/л; это безумно малая величина – миллиардная доля литра. Коротко говоря: свободных ионов водорода в организме практически нет. Тем не менее колебания кислотно-щелочного баланса регистрируются высокочувствительными рецепторами, расположенными в стволе головного мозга в месте его перехода в спинной мозг, в магистральных сосудах, непосредственно связанных с сердцем, и в сонных артериях на шее. Если число ионов водорода повышается, то одновременно снижается значение pH и активируются буферные системы, которые связывают ионы водорода. Это связывание может происходить в легких, почках и крови. Почки готовы выводить из организма ионы водорода, образующиеся в ходе рутинного обмена веществ. В связи с этим понятно, что кислотная нагрузка на почки зависит от пищевых предпочтений и типа питания. Но разнообразного рациона с умеренным содержанием белка при достаточном употреблении овощей, фруктов и салатов, богатых основаниями, достаточно для того, чтобы предупредить повышение концентрации ионов водорода в организме. Специальные диеты, разгрузочные дни, интервальное питание, лечебное голодание в принципе не нужны, если нет заболеваний почек.
В условиях высокогорья в результате недостатка кислорода происходит стимуляция дыхания – за счет ствола головного мозга. Расположенные там регулирующие центры повышают частоту дыхательных движений и увеличивают глубину дыхания. Это приводит к тому, что из легких выводится больше углекислого газа и повышается pH крови. В почках это усиливает выведение бикарбоната, что позволяет восстановить нормальный pH. Совершенно ясно, что при пребывании на большой высоте в действие приводятся механизмы, обеспечивающие сложную перестройку организма. Таким образом, организму надо дать время на приспособление к высоте, а не быстро подниматься вверх.
Вероятно, самый известный способ адаптации к большой высоте представляет собой образование красных кровяных клеток, эритроцитов, под влиянием эритропоэтина, больше известного под аббревиатурой ЭПО. При недостатке кислорода увеличение выработки этого гормона происходит в специализированных клетках почек и в меньшей степени печени. В организме он выполняет и другие функции, которые пока не вполне понятны. Так, некоторые исследования показывают, что головной мозг повышает выработку эритропоэтина при значительных умственных усилиях и возбуждает нервные клетки, способствуя образованию между ними прочных связей. Однако широкую известность ЭПО приобрел как вещество, которое нелегально применяют в спорте для улучшения результатов. Такого рода допинг усиливает кроветворение в костном мозге. Это приводит к повышению содержания эритроцитов в крови и гемоглобина в эритроцитах и, в свою очередь, к усилению способности крови к транспорту кислорода и к улучшению результатов в видах спорта, требующих выносливости. Впрочем, тренировки в условиях высокогорья, которые сами по себе естественным путем вызывают повышение продукции ЭПО, разрешены.
О том, что такой гормон должен существовать, ученые