f/高寒地带 2002-11-04 16:59

什么是高度适应?

作者:苏文政医师

对于许多山友而言,高山病相关的信息显得有些杂乱;如何增进掌握信息的能力呢?了解什么是(高度适应的生理反应)是第一步。

[[摘要]]

高海拔的空气组成与低海拔一样,若水蒸气除外,氧占约21%,氮占约79%。但高海拔空气稀薄,所以氧气的绝对浓度也跟着稀薄。高山病是高海拔空气缺氧造成。但是,不同的人在相同的高度,动脉血里面的氧气饱和度却可能不同。血氧饱和度高者适应,低者得病。

造成动脉血中氧饱和度过低的因素中,最重要的两个,第一是通气量,第二是劳累的体力活动。其中的原理机转并非显而易见。

所谓通气量意思是每分钟进出肺部的空气加起来的体积。
高山病患的动脉血中不仅氧含量较少,而且二氧化碳较多。高度适应时,血中二氧化碳含量会降得比在海平面时低很多,如果在高海拔时血中二氧化碳含量仍然与海平面时一样,就会使血中氧含量降很低而发生高山病。二氧化碳是氧减少的原因。

所谓高度适应,最主要部分就是,动脉血中二氧化碳浓度下降的幅度足够使氧提升到高山病不会发生的浓度。而减少血中二氧化碳的方法,就是增加通气量。因此,高度适应最主要就是增加通气量。

另外,在高海拔运动时,除了运动产生较多二氧化碳外,还有一项影响氧而与二氧化碳关系不大的因素,就是运动加速血流而使红血球通过肺泡微血管的时间缩短。这项时间的缩短在低海拔不会影响血红素吸收氧气,主要因为在低海拔时,氧分压够高,使得氧分子从肺泡空腔扩散到红血球的速度极快。但在高海拔的低
压环境下,氧分子扩散进入血流所需时间大增,若红血球快速通过肺泡微血管,会来不及吸收足够氧气。因此,劳累的体力活动会增加高山病的发生。

yatyat · 2002-11-04 17:06

[[进一步说明]]

通气量如何影响二氧化碳?
空气中二氧化碳极少,占不到千分之一。人呼出的气体中则大约有百分之五的二氧化碳。二氧化碳从血液扩散到肺泡空腔的过程虽然需要脢的帮助,这句话必须说明。二氧化碳通过细胞膜极为迅速,不需脢的帮助,但二氧 化碳在水中溶解度不高,从肌肉或其它身体组织要送到肺泡这条遥远的路 程却非得靠主要是水组成的血液不可,因此在血中必须化为高溶解度的碳 酸不可。而碳酸几乎无法通过细胞膜,须脱水成为二氧化碳才能迅速通过 。二氧化碳与水结合变碳酸或碳酸脱水为二氧化碳都要靠脢来帮助。

但效率极高,不会成为瓶颈,而且因体外空气中几乎不含二氧化碳,不会与肺泡达成浓度平衡,所以决定血液中二氧化碳排出的关键在从肺泡空腔到口鼻之外的这一段路程的流量,也就是,决定于通气量。(严格说,是肺泡通气量,也就是进出肺泡,不是进出口鼻的通气量。)

影响氧浓度的因素则复杂许多:氧从空气中进入肺泡微血管中的红血球与血红素结合。有时候血红素的含氧量已饱和,例如健康人在海拔1500m以下时,肺泡微血管中的血红素都可以吸收氧达到容量的百分之百,这时候增加吸气吐气的流量也不能再增加氧饱和度。在较高海拔,血红素虽未饱和,但空气稀薄,空气中的氧要进入血流与血红素结合的能力,决定于空气中氧的绝对浓度,当达成平衡时,血红素的氧饱和度受限于这个能力,这时如果在吸入空气中添加固定浓度的二氧化碳以控制二氧化碳这个因素,则再大的通气量都不会改变血中氧含量。在极高海拔,因空气压力太低,氧气从肺泡空腔渗透进入微血管过程的速度太慢,红血球通过肺泡微血管的时间相对太短而来不及达成平衡,若除去二氧化碳的因素,提高通气量也不会增加血中含氧量。有许多疾病状态会影响血中氧浓度而无法以提高通气量矫治,例如〔分流现象 shunting〕,这是指部分体静脉的缺氧血不经肺泡充氧就回到体动脉的状况,例如肺炎,部分支气管阻塞,或某些先天性心脏病有分流现象。

通气量却会间接影响血中氧含量。通气量增加则加速二氧化碳排出,血中二氧化碳减少后会增加氧含量,其原理在最后说明。

增加通气量是高度适应最重要部份。人体有控制通气量的自然生理机转,在暴露于高海拔稀薄空气时,会在数分钟内开始增加通气量。这种因氧不足引起的通气量增加的生理反应称为 Hypoxic Ventilatory Response,译作〔缺氧通气反应〕,简称 HVR。HVR 随个人体质不同其程度会有不同。HVR 较差的人比较容易罹患高山病。HVR 的个人体质会不会在适应高海拔后调整其体质?会,但需要数年才会发生。

血液中二氧化碳含量越多也会刺激呼吸中枢使通气量越大。这个生理反应称为Hypercapnic Ventilatory Response,译作〔二氧化碳通气反应〕,简称HCVR,或 CO2VR。HCVR 在暴露于高海拔空气时数小时内就会发生调整而增强,增强后对于相同的二氧化碳浓度会有更大的通气量反应。这个调整的机转主要发生在脑脊髓液中的碳酸氢根含量,会在到达高海拔后一天内开始减少。

二氧化碳与水结合成为碳酸,碳酸释放一个氢离子后剩下的就是碳酸氢根。反过来,碳酸氢根结合一个氢离子后成为碳酸。碳酸,碳酸氢根,氢离子三者的浓度会形成一个数学关系式:后二者的乘绩会与前者成固定比值。而氢离子浓度就是酸性的程度,因此,碳酸氢根浓度越少的情况下,则只要增加一少许碳酸,就会增加较多氢离子,也就是酸度。呼吸中枢对于二氧化碳的反应也就是藉由感受酸度来反应,因为二氧化碳变碳酸后释出氢离子。因此,在碳酸氢根浓度越少的情况下,呼吸中枢对于二氧化碳的反应越敏感。

在高海拔,脑脊髓液是如何减少碳酸氢根含量的呢?主要有两方面:第一,因为 HVR 而先有动脉血二氧化碳减少,这又分两面,短时间内使脑脊髓液酸度降低,这时碳酸氢根相对太多,于是促使主动运输将部分碳酸氢根排出脑脊髓液之外;稍长时间的动脉血二氧化碳减少则会促使肾脏将部分碳酸氢根排到尿中,使全身碳酸氢根减少,连带脑脊髓液中的也减少。请注意,HVR 使动脉血二氧化碳减少,结果又进一步使脑脊髓液减少碳酸氢根含量,这又进一步促进 HCVR,又更助于二氧化碳的排出。因此,促进通气量使二氧化碳排出的措施或药物都有助于高度适应的生理调整,例如 Diamox (acetazolamide) 这个药会促进高度适应;而吸氧气虽然可以治疗或预防高山病,却无助于高度适应的生理调整,因为吸氧气不会促进二氧化碳排出。第二,因缺氧使脑组织产生乳酸,乳酸的酸性与碱性的碳酸氢根中和,消耗了碳酸氢根。

yatyat · 2002-11-04 17:08

以下说明二氧化碳如何影响动脉血氧饱和度

二氧化碳影响氧有两大方面:一是在肺泡空腔的置换效应,另一是影响血中酸碱度进而影响血红素与氧的结合能力。肺泡空腔中的气体组成,因为与肺泡微血管达成某种程度的平衡,已经与体外空气不同,其计算公式如下:

        PAO2 = [Patm - PH2O] x FiO2 - [PaCO2 / 0.8]

其中, - 代表减, x 代表乘, /代表除;
PAO2 代表肺泡空腔的氧分压(A是alveolus肺泡);
Patm 代表大气压力(atm=atmosphere),主要因海拔而定;
PH2O 代表体温下的饱和水蒸气压,37度时约 47 mmHg;
FiO2 代表吸入气体的氧百分比除以100(F是fraction, i是inhaled),如果是天然空气,等于0.21;
PaCO2 代表体动脉中二氧化碳的分压(a是artery),用体动脉来代表平衡后的肺泡微血管,两者推定相同,但体动脉可以抽血检验;0.8 是氧与二氧化碳间的代谢置换系数,是个经验值,有些氧与体内燃料的氢结合成水而非二氧化碳,所以不是1。

这公式可以看出,增加动脉血中二氧化碳分压则减少肺泡空腔中1.25倍的氧分压;反之,二氧化碳减少则增加氧。这个效应在越高的海拔,也就是越低的Patm,会有越显着影响。

再来谈二氧化碳与酸碱。前面已提过:二氧化碳与水结合成为碳酸;碳酸,碳酸氢根,氢离子三者的浓度会形成一个数学关系式,如下:

        [H+] = 某常数 x [H2CO3] / [HCO3-]

其中,
[H+]  代表氢离子浓度;
[H2CO3] 代表碳酸浓度;
[HCO3-] 代表碳酸氢根浓度;

因二氧化碳分压与碳酸浓度成正比,所以可改成:

        [H+] = 某常数 x PCO2 / [HCO3-]

可以看出,PCO2越高则血液或体液越偏酸性;[HCO3-]越高则越能 "缓冲" 因PCO2改变造成的酸碱度改变幅度。酸度增加时,血红素与氧的结合力就下降;反之,当通气量增加,血中二氧化碳减少,使酸度降低,血红素与氧的结合力就增加,这会帮助氧气从肺泡进入血液。

影响血红素与氧的结合力的因素除了酸碱度外,还有温度,以及一种物质,DPG的浓度。温度或 DPG 提高都使血红素与氧的结合力下降。DPG全名是2,3-diphosphoglycerate,译做 [2,3-双磷酸甘油酸],含于红血球中,是葡萄糖的代谢产物。

DPG 在高度适应时会稍增加,而使血红素与氧的结合力稍减。但这是二氧化碳减少后引起的代偿反应。高度适应时体内二氧化碳减少使血液变碱,进而使血红素与氧的结合力大增,远盖过 DPG 的效应。DPG 的增加对于高度适应并没有帮助。血红素与氧的结合解离曲线是:纵轴为血红素的饱和度,横轴为氧压力,所画出
的曲线,呈S形。其特殊形状刚好让血红素在肺泡结合较多氧,而在身体组织把氧释放,因为身体组织比肺泡偏酸性。要看此曲线图,请参考:
        http://www1.shore.net/~straub/labsk_hgbdis.htm  或
        http://www.monroecc.edu/depts/pstc/paraohdc.htm

Diamox (acetazolamide)促进肾脏排出碳酸氢根而使体内变酸,酸促进呼吸中枢提高通气量,排出二氧化碳。这时虽然二氧化碳减少,但血液并没有偏碱,是药物作用在肾脏先造成偏酸的缘故。所以 Diamox 预防高山病的原理主要在,降低二氧化碳浓度后,因在肺泡处的置换效应而提升肺泡氧分压;而非在影响血红素与氧的结合力。Diamox 使二氧化碳减少时,DPG 并没有增加,可见高度适应时的DPG 增加是因血液偏碱引起的代偿反映。以往曾有学者推测 DPG 增加有助于血液将氧释放给组织,而算对高度适应有帮助,但这是错的。高原动物如骆马,牦牛,它们的血红素与氧的结合解离曲线都比人类偏左,也就是血红素与氧的结合力
偏高,这样血液能从肺泡吸收较多氧;虽然在身体组织较不利于释放氧,但并不成为问题。

高海拔对身体的影响还有许多方面,例如骨骼肌细胞横径会缩小(也就是肌肉萎缩!),这样会使肌细胞内部与微血管的平均距离拉近,有利于撷取氧气。肌肉细胞内的粒线体数目也会减少。细胞内代谢的脢系统也会变化。这些影响有的有利,有的有害。

在极端高海拔停留超过数周,则会有食欲不振,消化不良,体重减轻,体力衰退等现象,称为进行性衰竭(altitude deterioration),通常发生于海拔 5500m以上,但因人而异。

yatyat · 2002-11-04 17:10

[[结语]]

高度适应最重要的一步就是增加呼吸通气量。若有人为方法促进高度适应,应该就是促进呼吸通气的方法。其中,药物 Diamox 就是这样。也应该存在一种人为呼吸法可以藉由增加通气量来预防高山病,我曾在台湾山岳杂志33期 (Dec-Jan2001) 发表一种在呼气后半期撮口吹气的呼吸法 (相当于医院中使用的 PEEP -- positive end-expiratory pressure) 值得尝试。

yatyat · 2004-05-16 15:48

[一] 化学反应与化学平衡

  1. 一种物质可以是由单一元素构成, 也可以是多种元素构成.
  2. 一种元素的构成基本单位是原子, 原子由原子核及其外围的电子构成.
  3. 原子核带有固定数目的正电, 在化学反应中不会改变.
  4. 电子带负电, 位于原子核外围类似轨道的"能阶", 意思是一种代表不同能量的位置.
  5. 电子在不同能阶间移动必须得到或释放特定的能量.
  6. 两个原子可共享一或数个电子, 使这两个原子结合, 若要将它们分开, 须施加能量.
  7. 化学变化或称化学反应是: 让两个原子(相同或不同元素)结合或拆开, 或让电子离开或进入某原子的能阶, 这些都牵涉能量的输入或释放. 常常, 一个化学变化是一连串不同的化学变化接续发生的结果.
  8. 许多化学变化是可逆的, 也就是各原子间的结合或分开关系可以回到未反应前状态.举例子说, 二氧化碳CO2, 可与水H2O结合成碳酸H2CO3; H2CO3也可分解成CO2与H2O.
  9. 在这类可逆反应中, 两个相反方向的反应是同时在进行的. 例如, 同时有 CO2 + H2O -> H2CO3, 与 H2CO3 -> CO2 + H2O 在进行, 如果两个相反方向反应速率达到相同使得各物质浓度稳定不变, 则称达到化学平衡.
  10. 有的化学反应并不容易达成化学平衡, 促进加速化学平衡的物质称为催化剂.
  11. 生物体内的催化剂有许多是蛋白质. 本身是蛋白质的催化剂称为脢, 或酵素.
  12. 若温度不变, 一个化学反应达成平衡时, 各物质的浓度会符合一固定数学关系式. 前例: [H2CO3]/[CO2]=固定值. []代表浓度或气体的压力, / 代表除法.
  13. 已经平衡的反应中若改变部分物质的浓度则平衡遭到破坏, 双向反应速率会变得不相等, 须经过一段时间后才又达到新的平衡, 新平衡仍遵守相同数学关系式. 前例: 若CO2一直从外供应到本来平衡的环境中, 使[CO2]上升, 使[H2CO3]/[CO2] 低于原先平衡时的固定值, 则促进 CO2 + H2O -> H2CO3 这个方向的反应, 因这方向使[H2CO3]增加而[CO2]减少, 而使[H2CO3]/[CO2]回升到平衡的固定值.反之, 若CO2一直被移走, 则促进 H2CO3 -> CO2 + H2O 这个方向.
  14. 催化剂只是缩短达成平衡所需的时间, 并不能决定化学反应的方向. 脢是催化剂的一类, 当然也是如此.
  15. 催化剂如何缩短时间说明如下: 一化学反应常分成一连串小步骤的化学变化, 每一步骤都须输入或释放能量. 常常中间有一个或多个步骤须输入许多能量而造成较难跨越的门坎. 催化剂会改变中间步骤, 使整体反应最终结果相同但经过不同中间步骤. 打个比喻: 从台北到宜兰可走北宜公路翻越棱线, 也可穿越隧道, 自然走隧道较快; 开凿隧道之后有利于台北往宜兰, 同时也有利于宜兰往台北.
  16. 前例: CO2 + H2O <--> H2CO3 在绝大多生物细胞中是一个重要反应, 需一种催化剂来快速达到平衡, 这个催化剂叫做 "碳酸去水脢". 碳酸去水脢存在于所有动物, 所有具叶绿素之植物, 以及部分不具叶绿素的植物中. 这理由不难想象, 因这些生物呼吸氧, 产生二氧化碳, 或行光合作用, 将二氧化碳与水制成葡萄糖.
  17. "碳酸去水脢" 并非如名称般只促进从碳酸脱水成二氧化碳这个方向, 它也促进其相反方向: 将二氧化碳与水结合成碳酸. 理由已如前述.
  18. "Diamox" (成分为acetazolamide) 是抑制 "碳酸去水脢" 的药.

yatyat · 2004-05-16 15:51

[二] 酸碱平衡

1. 碳酸H2CO3在水溶液中会一部分分解成碳酸根离子HCO3-与氢离子H+, 写成化学式: H2CO3 <--> HCO3- + H+ -代表带一负电荷, +代表带一正电荷 这里箭头有双向, 可见也是会达到化学平衡, 其符合的数学式是: [HCO3-]*[H+}/[H2CO3] = 某定值 其中 * 代表乘法.
2. 上面的化学式若与前一篇所提之二氧化碳水合的化学式 CO2 + H2O <--> H2CO3 合起来: CO2 + H2O <--> H2CO3 <--> HCO3- + H+ 数学式也合起来得: [HCO3-]*[H+]/[CO2] = 某定值, 整理一下得 [H+] = 某定值* [CO2]/[HCO3-]
3. 上面最后的式子显示: [CO2]越高, 或 [HCO3-]越低则 [H+]越高. 因为[H+]代表酸度, 所以只要达成化学平衡 [CO2]/[HCO3-] 这比值也代表酸度, CO2是酸性的, HCO3-是碱性的.
4. 而且, HCO3-越多时, 则当CO2增加或减少一定量, 所引起的[H+]变化越小. 这现象称为 "HCO3- 具有缓冲功能".
5. 人体不止一直产生CO2, 也产生或吃进来其它的酸, 所以人体倾向于努力把 HCO3- 留下来而把酸排出去, CO2靠肺呼吸排泄, H+与其它酸如 HSO4- 靠肾脏排泄到尿中.
6. 如果使用药物让肾脏留不住HCO3-而排到尿中, 体内会变酸, 而且CO2变动一点点就会引起较大的[H+]的变动. Diamox(acetazolamide)就是这样的药.
7. 人体有侦测体内酸碱的系统来控制呼吸换气的速率. 当体内酸多时呼吸立刻增加换气使CO2排出更多, 好让酸度下降. 因此Diamox会促进呼吸以使体内CO2减少. Diamox透过抑制"碳酸去水脢"的功能来抑制肾脏肾小管再吸收HCO3-来达到目的. 为何牵涉碳酸去水脢? 容后再述.

yatyat · 2004-05-16 15:52

[三] 体内的质传方式: 扩散, 流动, 渗透, 主动运输

1. "质传" 也就是物质的输送(mass transport).
2. 体内主要是流体的环境. 流动(convection)是速度最快的质传方式.
3. 扩散(diffusion)的意思: 溶质在溶液中, 溶质的分子或离子会像虫一样乱动,乱动的结果, 如果原先溶质的浓度分布不均, 会渐渐变得均匀, 溶质由浓的地方移动往稀的地方. 这是很没效率的方法, 速度是流动的千分之一以下.
4. 渗透(osmosis)与主动运输(active transport) 是让物质进出 "半透膜" 的方式.
5. 半透膜是薄膜, 它选择性让一些溶质通过. 不同溶质能通过的通透性不同. 细胞膜就是半透膜, 还有细胞内的胞器的膜也是. 细胞膜内外许多物质浓度差很多, 例如 钠, 钾离子内外差数十倍, 钙离子差千倍, 酸碱度也不同. 为何需要内外不同? 一个最主要的原因是: 让细胞膜成为控制细胞的开关, 当细胞膜对于某溶质的通透性突然改变时, 该溶质的细胞内浓度就突然改变, 引发细胞的某项功能动作. 人体的所有功能都是细胞的功能, 细胞膜的选择通透性是主要的基础, 虽然有些物质是自由进出细胞膜的且也很重要.
6. 一如扩散, 溶质倾向于由浓度高的一侧经半透膜到浓度低的那一侧. 这过程不需由外界施加能量, 此即 "渗透".
7. 若施加能量使溶质由浓度低的一侧经半透膜到浓度高的那一侧, 称为 "主动运输",也可称之为 "帮浦pump".
8. 细胞膜的选择通透性虽然是生理所必需, 也带来麻烦. 二氧化碳在细胞内产生后,要运送到肺泡呼出去的过程就要面临层层关卡.
9. 其实二氧化碳几乎是可自由进出细胞膜的, 那为何又有麻烦呢? 关键在二氧化碳在水中溶解度不高, 而血液是水溶液. 一物质若要有效运输到远处非得靠 "流动" 不可, 而该流动的流体若是水溶液, 那么这物质必须化为高溶解度的形式. 对于二氧化碳而言, 其高溶解度的形式就是碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-.
10. 但又有一麻烦了, 碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-都几乎不能通过细胞膜! 真麻烦! 为何如此? 一个简单的解释, 细胞膜的构成是两层磷脂质, 脂质的部分背靠背形成细胞膜的中间拒水层而让亲水的磷酸向外. 因此较具脂溶性的物质较能通过, 二氧化碳便是如此, 但脂溶性物质自然较难溶于水.
11. 二氧化碳从产生的细胞要运送到肺泡在通过细胞膜时要保持二氧化碳形式, 在"流动" 时要化为碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-, 而细胞膜关卡有许多道, 所以必须常常在两种形式间转换, 这时就需要 "碳酸去水脢".
12. Diamox (acetazolamide) 抑制 "碳酸去水脢", 所以在这层面上是有害的. 二氧化碳的加速排出是高度适应最重要部分, 因此 Diamox (在大剂量时)?有害! 但为何 (在小剂量时) Diamox可预防高山病? 下回分解吧.

yatyat · 2004-05-16 15:55

[四] 碳酸去水脢在肾脏的角色及其它

1. Diamox是抑制碳酸去水脢的药, 碳酸去水脢会促进CO2与H2CO3之间的转换, 这前三回已经说明. (H2CO3 <--> HCO3- + H+ 这步骤不需催化剂可立即平衡.)
2. CO2与H2CO3之间的转换很重要, 是CO2从组织运送到肺泡途中所必须, 且转换多次, 这上回也已说明, 因此, Diamox若完全抑制碳酸去水脢, 对CO2的排泄有害.
3. 但Diamox抑制肾脏的碳酸去水脢, 结果会使得肾小管回收 HCO3- 的功能受到抑制, 结果HCO3- 流失于尿中. (碳酸去水脢与肾小管回收 HCO3- 的关系后面会解释).
4. HCO3- 流失于尿中会导致体内变酸, 体内变酸会刺激呼吸中枢增加换气, 这第二回也有提及.
5. 增加换气会使CO2排出更多, CO2与氧有互相排挤效应, 体内CO2减少则氧增加.
6. 动脉血中CO2下降以增加氧就是高度适应, 反之, 动脉血中CO2无法减少而致氧在高度上升时降到很低, 是高山病的原因.
7. Diamox在低剂量时会抑制约98-99%的红血球中的碳酸去水脢, 残存的1-2%脢的活性仍足够运送CO2所需; 但同样剂量却会抑制100%肾脏的碳酸去水脢, 使得HCO3-流失于尿中, 而间接促使呼吸中枢加速换气而促进CO2从肺排出. 因此Diamox促进了高度适应.但若剂量大到接近100%红血球中的碳酸去水脢被抑制, 则反而有害.
8. 以下解释碳酸去水脢与肾小管回收 HCO3- 的关系.
9. 肾脏是由许多肾元构成, 一个肾元就像一条长长的细管, 细管开头封闭但膨大凹陷,像个球状的杯子, 杯子中(其实属于细管的外部)装着许多微血管. 微血管的血浆除了蛋白质等大分子外,会穿透微血管壁与杯子的壁跑到细管的内部来, 像在过滤一样,这就是尿液形成的第一步. 杯子与其杯中的微血管合起来有个名称, 叫做肾小球, 或肾丝球. 肾元的其余部分称做肾小管, 肾小管又分成数段各有不同名称与功能, 这就不要管他了. 刚从肾小球过滤到肾小管的液体还不能称做尿液, 因为里面含有太多的有用物质, 包括几乎所有血中的营养, 其中之一就是 HCO3- . 这些有用的物质都必须回收(或称做 再吸收)到血液循环中, 只剩下不要的废物, 那才叫做尿液.
10. 回收HCO3-时要经过肾小管细胞的细胞膜(两次), 与微血管壁细胞的细胞膜, 一部份还要穿过红血球的细胞膜, 如上回说明, 必须转换成CO2才能通过这些细胞膜, 这就需要用到碳酸去水脢. 进入微血管内的血浆或红血球细胞内后又必须转换回HCO3-或H2CO3的型态以增加溶解度, 才好利用血液循环这个有效率的质传方法(流动convection), 转换来转换去都靠碳酸去水脢.
11. Diamox抑制碳酸去水脢, 所以抑制HCO3-的回收.

yatyat · 2004-05-16 15:58

[四] 碳酸去水脢在肾脏的角色及其它

12. 以上是大略的介绍, 如果您不是好学喜欢思考的, 以下都不用看了.
13. HCO3-带一负电, 基于电平衡必同时于回收HCO3-时回收一阳离子, 这阳离子是Na+,而不是H+, 因一般体内一直产生酸须排掉, 而且须留住Na+以维持血容量与血压. 至于Na+与血容量与血压的关系已离题太远, 就不说明了.
14. 因此, Diamox抑制碳酸去水脢以致于增加HCO3-排于尿中,同时也增加 Na+排于尿中,而 Na+ 排于尿中会增加尿量, 所以Diamox算是一种利尿剂. 为何排钠会增加尿量,这也不多作说明(其实是太复杂了, 一时整理不来).
15. 碳酸去水脢是催化剂, 只是缩短 CO2 + H2O <--> H2CO3 达成平衡的时间, 为何在CO2与H2CO3之间要转换的场合每次都如愿促进我们需要的方向而不是反方向呢? 好学的人必定会提出这个问题. 在CO2从组织运送到肺泡呼出这条输送带上, 这问题较容易回答, 因CO2一直被呼出, 组织一直产生CO2, 所以维持一个浓度梯度, 自然造成向一个方向的drive. 在肾脏的场合并没那么简单. 其中还牵涉了 Na+, H+交换的帮浦. 因为太难了(我也不甚了解), 所以这问题就保留啰.
16. CO2化为高溶解度的型态除了HCO3-与H2CO3外, 其实还有一种: CO2与蛋白质中的胺基酸结合, 叫做carbamate(胺基甲酸), 也与碳酸去水脢有关, 其考量与HCO3-类似,为免于复杂, 就点到为止.
17. Convection不止发生于血流, 也发生于细胞内的细胞质流, 也发生于组织间隙的淋巴流. 如红血球内, 肾小管细胞内等, 从细胞这端到细胞那端, 若加上convection也比只靠diffusion来得有效率, 因此碳酸去水脢发挥功能的场合还很多.
18. 碳酸去水脢的功能还不止限于CO2的质传或肾小管回收HCO3-, 还有许多其它生理功能与它有关, 这些使得Diamox有其它疗效或副作用. 例如, 眼球内水样液的产生与它有关, 所以Diamox可用于治某些青光眼. 唾液的产生, 胃酸的产生, 胰液的碱性也都与它有关. 细胞内的酸碱度维持与碳酸去水脢关系也很大, 神经细胞内酸碱失衡会使其功能障碍, 所以Diamox有神经方面副作用. 血管平滑肌细胞内酸碱失衡会使其放松而降血压. 有一些与Diamox不同类的利尿剂, 例如furosemide, thiazides, 以往人们以为与Diamox(acetazolamide)机转完全不同, 但后来发现也会抑制碳酸去水脢, 而且其降血压效果与此有关, 尽管其利尿机转确实有极大不同. 既然furosemide 与 thiazides也可抑制碳酸去水脢, 能否用于高山病? 尚无这方面研究报告.

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yatyat OP 2002-11-04 17:10 置顶
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[[结语]] 高度适应最重要的一步就是增加呼吸通气量。若有人为方法促进高度适应,应该就是促进呼吸通气的方法。其中,药物 Diamox 就是这样。也应该存在一种人为呼吸法可以藉由增加通气量来预防高山病,我曾在台湾山岳杂志33期 (Dec-Ja…

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asong yatyat 2004-05-16 11:16

偶然看到此文,有个疑问:DIAMOX用在登山时应该是轻度利尿药吧,平时用来是减轻眼压从而治疗青光眼。

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yatyat OP 2004-05-16 15:46

学习asong 同学的好学精神!
其实我较为信服以运动、以呼吸、以时间等等逐步提高个人的高山适应的能耐。 长短期的服药,只能视为某种治疗吧。

认识Diamox的预备知识 (ZT) http://www.alpine.idv.tw/ase/literature/vjso08.htm
作者:苏文政医师

海拔上升前24小时起连续服用Diamox这个药可有效减少急性高山病(AMS)的发生机会, (Diamox是种磺胺药, 过敏或G6PD缺乏症者禁用, 也有毒性, 须经医师处方)因AMS是高海拔脑水肿(HACE)的前期, 所以理应也可减少HACE的发生. Diamox会使人加速二氧化碳的排出, 也就是高度适应的最重要部分, 因此推测也可减少高海拔肺水肿(HAPE)的发生机会. Diamox用于 "预防" 高山病是可以相信的.但, 用于治疗已经发生的高山病呢? 则不能太过乐观. 在AMS可以用, 但须停止高度上升, 而且须注意一旦有恶化须立刻下降海拔或使用氧气. 在HACE, HAPE通常无效.

多了解Diamox在体内的作用机转, 有助益于认清它的疗效. 但作用机转牵涉一些基础医学以及高中化学, 不是所有山友都具备的观念, 所以我想从高中化学平衡开始以尽量浅显的文字介绍这些预备知识.

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yatyat OP 2004-05-16 16:02

苏文政医师是一位心脏内科的专科医师,早年多居住于台湾。
苏医师热爱登山,对于高山医学素有研究,在这方面的著作相当丰富,是极珍贵的中文参考资料。

台湾登山信息网Alpine-Style Expedition (ASE) http://www.alpine.idv.tw/ase/index.asp 设有 苏文政医师专区 ,刊登多篇获苏医师授权转载的文章。
包括:
高山病诊断标准
高山病的黄金律
AMS急性高山病自我评量表
高海拔动脉氧气饱和度正常值
HAPE 严重度分级
心因性与非心因性肺水肿
海拔多高就可以发生肺水肿?-日本人的经验
认识Diamox的预备知识
什么是高度适应
[登山圣经第19章紧急救护] 勘误与补充说明

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za yatyat 2004-05-16 23:34

:^)

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asong 2004-05-17 02:41

学习中,另转《默克诊疗手册》第二十章,第二百八十一节有关介绍,共同学习,加深印象:

高山病

在高海拔地带因缺氧所致的综合征.

随着海拔的升高大气压随之下降,而空气中氧的百分数不变,因此氧分压随海拔上升而递减.在5500m高度的氧分压约为海平面氧分压的1/2,人若在1天内登上2500m高度以上约有25%的人可发生某种类型的高山病.已发作过1次高山病的人,若另一次在同样条件下,则更易发生高山病.但高海拔的作用有很大的个体差异.幼儿最易感,发病率随年龄上升而呈线性下降.突然迅速到达高海拔(如飞机减压,飞行气球上升)可引起急性严重缺氧而神志丧失,而不是高山病.

大多数人在数天内登至3000m高度是能适应的,高度越高,完全适应所需时间越长.5000m以上,高山病的恶化较快,没有人能在此高度长久生活下去.适应是一种综合的系列反应,这种反应能使处于高海拔的人其组织对氧的需要逐渐恢复到正常.适应的特征包括持续过度换气伴持续性部分代偿性碱中毒,早期心排出量增加(低于正常最大心排出量),红细胞数量增加,对无氧活动的耐受性增加.在高海拔经多代生活后,某些人种的适应办法可略有不同.

病理学和病理生理学

低氧可刺激呼吸,增加组织的氧气量血也可引起呼吸性碱中毒,其症状要通过尿液部分代偿性的排出重碳酸盐才得以缓解.高山病的基本病理生理学变化是水和电解平衡失调.毛细血管通透性增加使液体累积于不同部位,其原因认为系血管内皮受损.易感的人,抗利尿激素分泌增加引起组织内液体潴留,血浆容量减少,促使红细胞压积增加.低缺氧性换气反应与高山病不相关,心房钠利尿肽,醛固酮,肾素和血管紧张素的作用不明.

缺氧增加肺血管的阻力和肺动脉压,但系统性阻力和动脉压通常无多大变化.低碳酸血症可使脑血流量减少,而低氧可使脑血流量增加,因此脑血流量可随动脉内CO2 和O2 之间的平衡状况而变化,这种变化在症状学中所起的作用尚不明确.

症状,体征和诊断

周围或面部水肿可因高海拔,或像在海平面那样强力活动后发生.在极高海拔可发生血栓性静脉炎,在脱水和不活动时尤其容易发生.视力模糊,偏盲,盲点甚至短暂的失明也有报道.其中某些症状可用"非脑性"偏头痛(无头痛的偏头痛)来解释,另一些症状可归纳为低氧性黑矇.作过放射状角膜切开术的病人在海拔>5000m或甚至3000m时,可有明显的视力障碍.这些警告性的症状在回到低海拔地带后迅速消失.但有颅内病变者例外,然而颅内病变是罕见的.

在2700m海拔就有可能发生视网膜出血,在5000m以上则更为常见.除非病变在黄斑区,一般通常是无症状的,并且可很快消散而无后遗症.少数的出血可见于甲床下,肾脏和大脑.

高山病的不同临床类型是不可分开的整体,但其中的某个或某些症状可表现出不同的程度,在几种类型中中枢神经系统功能紊乱可被看成是一个因素,没有哪种试验能可靠地预计高山病的发展.

急性高山病(AMS) 该型是最常见的高山病,海拔2000m时就可发生.其特征为头痛,乏力,恶心,呼吸困难和睡眠障碍.力体活动可加重症状.AMS通常在24~48小时消退,但偶尔个别病人可发展为高山肺水肿,高山脑水肿或两者均有.实验室检查是非特异性的,对诊断无多大帮助.

高原肺水肿(HAPE) 该型不常见但较严重,通常发生在快速登至2500m以上后24~96小时.大多数人到达2500m以上海拔后,液体累积在肺间质组织,并通常经淋巴管引流离开肺部,当液体累积快于引流时便可发生明显的肺泡水肿.

已经发生过一次HAPE的人很容易发生下一次,故应引起注意.呼吸道感染,即使很轻微,也可增加发生HAPE的危险性.最近确定反复发作HAPE的人为HAPE-S(易感者);对他们的易感性理由尚不清楚.男性发生HAPE比女性多5倍,但AMS和高山脑水肿的发生率男女是相同的.儿童发生肺水肿的可能性略高些;长期居住在高海拔的人,在短暂的低海拔区停留后返回时,发生肺水肿的可能性也增加.单侧肺动脉缺如是一种罕见的先天性异常,它可大大增加HAPE的危险性,甚至在海拔1500m也可发生.反复发生HAPE或少见的在低海拔也可发生HAPE的人,应检查是否有肺动脉病理学异常或陈旧性肺栓塞.

HAPE是一种伴有微血管通透性增加的高压性水肿.某些区域过渡的血管收缩可引起其他区域的过渡灌注,进而导致换气/灌注配合不当是促进发生HAPE的原因.有新的证据表明,肺泡内一氧化氮减少(可能因一氧化氮合成酶缺乏所致)是对HAPE易感的重要因素.

HAPE的特征为进行性加重的呼吸困难,刺激性咳嗽伴血性泡沫痰,虚弱,共济失调,最后发生昏迷.发绀,心动过速和低热常见,并伴有粗或细的肺部啰音(不需听诊器也可听到),而可导致误诊为肺炎.肺部X线检查可显示Kerley线和斑点状水肿,这种水肿与心力衰竭时的水肿是不同的.心房压正常,但肺动脉压大于有低氧的健康人.HAPE可迅速恶化,可在数小时内昏迷,死亡.

高山脑水肿(HACE) 轻度脑水肿可见于各型高山病,CT扫描时所见的弥漫性或斑点状脑水肿可归因于HACE或AMS.严重脑水肿可出现共济失调,头痛,精神错乱和幻觉.无颈项强直,诊断不一定要有视乳头水肿,脑脊液压力可升高,但脑脊液正常.快步共济失调是可靠的早期警告性体征,首次症状出现后数小时内可发生昏迷和死亡.根据病史,无明显发热或瘫痪和血及脑脊液化验正常,可与其他原因所致的昏迷(如感染,血管意外,酮中毒)鉴别.

亚急性婴儿型高山病 该综合征见于出生于或带至高海拔地区的中国汉族婴儿.类似的综合征也可见于在6000m海拔驻扎数月的军人.这两种综合征的共同特征是右心衰竭,为防止发生死亡应离开高海拔地区.

慢性高山病(Monge病) 这种病不常见,主要累及长期居住在高海拔的居民,其特征为乏力,呼吸困难,疼痛,红细胞过多和血栓形成.该病与肺泡通气不足(以前称Pickwickian综合征)相似;两者均系对呼吸中枢敏感性不足所致.病人应移居至海平面地区;恢复缓慢,若回到高原地区可能引起复发.静脉切开放血减轻红细胞过多症可能有帮助,但这不是一种最理想的治疗方法.

预防

预防高山病最好的办法是缓慢上升,但上升的安全率有很大的个体差异.大多数人一天内上升到1500m不产生症状,但很多人上升到2500m时可受到影响.在此水平以上,最好每天上升不超过460m.登山队员应该知道怎样的速度上升而不会发生症状;登山队应以其登山最慢队员的速度定为登山队的速度.虽然体力上能适应较大的体力活动,但耗氧较少不能防止发生任何类型的高山病.完成上升后的24~36小时内要避免强力的体力活动.但卧床休息并不比轻微活动好.

比平时多饮水很重要,因为在高海拔地区呼吸干燥的空气可大大增加水的丢失,而脱水和一定程度的低血容量可加重高山病的症状.不必多给盐.酒精可加重AMS和减少夜间通气,因此可加剧睡眠障碍.少量多餐有利于消化碳水化合物(如水果,果浆,淀粉),改善对高海拔的耐受性,可推荐适用于登高的头几天.

睡时服乙酰唑胺125mg(对大多数人)或每8小时服125mg能有效预防AMS.也可用长效缓释的胶囊(每天1次500mg).在登高前服用无优点.乙酰唑胺可抑制碳酸酐酶,增加通气,使之有较好的输氧并且减少碱中毒;它还可消除周期性呼吸(在高海拔睡眠时几乎都会有这种周期性呼吸),因此可防止血氧急剧减少.对磺胺类过敏的人,不宜服乙酰唑胺.在睡眠时给低流量氧有同样的效用,但不大方便.乙酰唑胺的衍生物并无优点.抗酸药对预防无用.能减轻AMS症状的地塞米松不宜用于预防.

治疗

视网膜出血不必治疗,一般当登山队员还在高海拔时,出血已消退.

AMS除补充液体,给止痛剂,轻淡饮食和轻度活动外,很少需别的治疗,极个别的需离开高海拔地区.每6小时口服地塞米松4mg是有效的.每6小时口服250mg乙酰唑胺可缓解症状.能降低血小板凝集的异丁洛芬对高山头痛的作用比阿司匹林有效,但也容易引起紫血块.

怀疑HAPE时,可试卧床休息和输氧,但若病情恶化应立即离开高海拔地区.若不能离开高海拔降低高度,可将病人置于能增加压力的大的高压氧袋内,起到类似降低高度的作用.该措施有助于争取急救的时间,但不能替代离开高海拔区.舌下给硝苯地平20mg,然后给30mg缓释片可降低肺动脉高压,因此是有益的.强力利尿剂(如呋塞米)禁用.吗啡虽然有效,但它引起的呼吸抑制可能超过其治疗价值.因为HAPE时心脏是正常的,故洋地黄无用.但在婴儿的亚急性型和成人高山病时发生心力衰竭者,洋地黄和离开高海拔区都是必要的救命措施.一旦病人住院,必须排除肺部疾病的其他原因,给予足够的氧(有时需插管或呼气末端正性加压),卧床休息,审慎地应用利尿剂,位置性引流.若怀疑有继发感染应给抗生素.若治疗即时,一般可在24~48小时内从HAPE中恢复过来.

严重HACE应立即离开高海拔区,补充氧气或在高压氧袋内加压以争取抢救时间,但不能治愈.每4小时静脉注射4mg地塞米松有一定的帮助,但无十分明显的作用,它在高山病急救中的作用尚不清楚.

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zero 2004-05-17 15:44

好文,收藏先

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yatyat OP 2004-05-17 16:30

谢谢asong 的好介绍!

谢谢za所给的 高雄市网络登山协会 http://www.emountain.org.tw/study/medical/medical-medical.htm 网页的连结!

台湾登山信息网Alpine-Style Expedition (ASE) http://www.alpine.idv.tw/ase/index.asp 应是仍有效的连结,只是有些时段不易进入 (尤其是白日繁忙时候)。

前网站内有不少攀岩溯溪的技术资料;后者则有若干雪山远征的介绍,各有所长吧。 在中文户外山野网页里皆算是挺不错的了,值得推介!

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亲亲自然 2004-05-18 05:15

太专业了!
给我上了很专业的一课!!