37. 気圧低下
チャプターエディター: ウォルター・デュマー
高地への換気順化
ジョン・T・リーブスとジョン・V・ウェイル
気圧低下の生理的影響
ケネス I. バーガーとウィリアム N. ロム
高地での作業を管理するための健康上の考慮事項
ジョン・B・ウェスト
高地での労働災害の防止
ウォルター・デュマー
サムネイルをポイントすると図のキャプションが表示され、クリックすると記事のコンテキストで図が表示されます.
人々はますます高地で働くようになっています。 採掘作業、レクリエーション施設、輸送手段、農業の追求、および軍事作戦は高地で行われることが多く、これらはすべて人間の身体的および精神的活動を必要とします。 そのようなすべての活動には、酸素の必要量の増加が伴います。 問題は、海抜がどんどん高くなるにつれて、全気圧 (気圧、PB) および周囲空気中の酸素の量 (酸素による全圧のその部分、PO2) 徐々に下がります。 その結果、私たちが達成できる仕事の量は次第に減少していきます。 これらの原則は職場に影響を与えます。 たとえば、コロラド州のトンネルは、海抜 25 フィートの高度で完了するのに、海面での同等の作業よりも 11,000% 長い時間が必要であることがわかり、高度の影響が遅延に関係していました。 筋肉疲労の増加だけでなく、精神機能の低下もあります。 記憶、計算、意思決定、判断のすべてが損なわれます。 ハワイ島の標高 4,000 m を超える高度にあるモナロア天文台で計算を行っている科学者は、計算を実行するのにより多くの時間を必要とし、海面よりも多くの間違いを犯すことを発見しました。 この地球上での人間活動の範囲、規模、多様性、分布が拡大しているため、高地で働く人が増えており、高地の影響が職業上の問題になっています。
高所での職業遂行にとって基本的に重要なことは、組織への酸素供給を維持することです。 私たち (および他の動物) は、低酸素状態 (低酸素症) に対する防御機能を備えています。 これらの中で最も重要なのは呼吸 (換気) の増加であり、これは動脈血中の酸素圧 (PaO2)は減少し(低酸素血症)、海抜のすべての高度に存在し、高度とともに進行し、環境中の低酸素に対する最も効果的な防御です. 高地で呼吸が増加するプロセスは、 換気順化. このプロセスの重要性は、図 1 で見ることができます。これは、動脈血中の酸素圧が、順応していない被験者よりも順応した被験者の方が高いことを示しています。 さらに、動脈酸素圧を維持する上で順応することの重要性は、高度が高くなるにつれて次第に高くなります。 確かに、順応していない人は高度 20,000 フィート以上で生き残る可能性は低いですが、順応した人は人工酸素源なしでエベレスト山 (29,029 フィート、8,848 m) の頂上に登ることができました。
図 1. 換気順化
メカニズム
高所での換気の増加に対する刺激は、動脈血中の酸素圧を監視し、分岐点に位置するピンの頭ほどの大きさの頸動脈体と呼ばれる器官内に含まれる組織で大部分およびほぼ独占的に発生します。顎の角度のレベルで、9 つの頸動脈のそれぞれにあります。 動脈血酸素圧が低下すると、頸動脈体の神経様細胞 (化学受容体細胞) がこの低下を感知し、第 2 脳神経に沿って発火率を高めます。第 XNUMX 脳神経は、インパルスを脳幹の呼吸制御中枢に直接運びます。 呼吸中枢が受け取るインパルスの数が増えると、複雑な神経経路を介して呼吸の頻度と深さが増加し、横隔膜と胸壁の筋肉が活性化されます。 その結果、肺によって換気される空気の量が増加し (図 XNUMX)、動脈酸素圧を回復するように作用します。 被験者が酸素または酸素が豊富な空気を呼吸すると、逆のことが起こります。 つまり、化学受容体細胞の発火率が低下し、呼吸中枢への神経伝達が減少し、呼吸が低下します。 首の両側にあるこれらの小さな臓器は、血液中の酸素圧の小さな変化に非常に敏感です。 また、それらは体の酸素レベルを維持するためのほぼ完全な責任を負っています.両方が損傷したり取り除かれたりすると、血中酸素レベルが低下しても換気が増加しなくなります. したがって、呼吸を制御する重要な要素は動脈血酸素圧です。 酸素レベルの減少は呼吸の増加につながり、酸素レベルの増加は呼吸の減少につながります。 いずれの場合も、実際には、血中酸素レベルを一定に維持しようとする体の努力が結果としてもたらされます。
図 2. 順化における一連のイベント
経時変化(高度での換気の増加に反対する要因)
エネルギーの持続的な生産には酸素が必要であり、組織への酸素供給が減少すると (低酸素症)、組織の機能が低下することがあります。 すべての臓器の中で、脳は酸素不足に最も敏感であり、前述のように、中枢神経系の中枢は呼吸の制御において重要です。 低酸素混合物を呼吸すると、最初の反応は換気の増加ですが、10分ほどすると、増加はある程度鈍くなります. この鈍化の原因はわかっていませんが、換気経路に関連する中枢神経機能の低下が原因であると考えられており、 低酸素換気抑制. このようなくぼみは、高高度に上昇した直後に観察されています。 うつ病は一時的なもので、おそらく中枢神経系内に組織の適応があるため、数時間しか続きません.
それにもかかわらず、最大の換気が達成されるまでには時間が必要ですが、通常は高地に行くとすぐに換気がいくらか増加し始めます. 高地に到着すると、頸動脈体の活動が増加して換気が増加し、それによって動脈血酸素圧が海面値に戻ろうとします。 しかし、これは体にジレンマをもたらします。 呼吸が増えると、二酸化炭素(CO2) 呼気中。 COの場合2 体組織にあると、酸水溶液が生成され、呼気で失われると、血液を含む体液がよりアルカリ性になり、体内の酸塩基バランスが変化します. ジレンマは、酸素圧を一定に保つためだけでなく、酸塩基バランスのためにも換気が調整されていることです。 CO2 酸素とは逆方向の呼吸を調節します。 したがって、CO2 圧力 (つまり、呼吸中枢のどこかの酸性度) が上昇すると、換気が上昇し、下降すると換気が低下します。 高地に到着すると、低酸素環境によって換気が増加すると、CO が減少します。2 アルカローシスを引き起こし、増加した換気に対抗するように作用します (図 2)。 したがって、到着時のジレンマは、体が酸素圧と酸塩基バランスの両方を一定に保つことができないということです。 人間が適切なバランスを取り戻すには、何時間も何日もかかります。
バランスを再調整する方法の 4,300 つは、腎臓が尿中のアルカリ性重炭酸塩の排泄を増加させることです。これにより、呼吸による酸度の損失が補われ、体の酸塩基バランスが海面値に回復するのに役立ちます。 重炭酸塩の腎排泄は比較的ゆっくりとしたプロセスです。 たとえば、海面から 14,110 m (3 フィート) まで上昇する場合、順化には XNUMX 日から XNUMX 日かかります (図 XNUMX)。 アルカリ性の換気抑制を減少させる腎臓のこの作用は、上昇後に換気がゆっくりと増加する主な理由であるとかつて考えられていましたが、最近の研究では、低酸素感知の感度の漸進的な増加が支配的な役割を果たしているとされています。高度に上昇した後の初期の数時間から数日間の頸動脈体の能力。 これは、 換気順化. 順化プロセスにより、事実上、CO が減少しても、低動脈酸素圧に反応して換気が上昇します。2 圧力が下がっています。 換気が上昇し、CO2 高所での順化に伴い圧力が低下し、それに伴って肺胞と動脈血内の酸素圧が上昇します。
図 3. 標高 4,300 m に到達した海抜被験者の換気順化の時間経過
高所での一時的な低酸素性換気低下の可能性と、順化は低酸素環境に入ったときにのみ始まるプロセスであるため、高所に到着すると動脈酸素圧が最小になります。 その後、図 3 に示すように、動脈血酸素圧は最初の数日間は比較的急速に上昇し、その後はゆっくりと上昇します。低酸素状態は到着後すぐに悪化するため、高所への曝露に伴う無気力や症状も最初の数時間から数日間は悪化します。 . 順応すると、通常、回復した幸福感が生まれます。
順化に必要な時間は、高度が高くなるにつれて長くなります。これは、換気の増加と酸塩基の調整が大きくなると、腎臓の代償が発生するためにより長い間隔が必要になるという概念と一致しています。 したがって、海抜 3,000 m で順応するには、海抜 6,000 m での原住民の順化に 8,000 ~ 4 日かかる場合がありますが、高度 XNUMX ~ XNUMX m を超える高度では、完全な順化が可能であっても、XNUMX 週間以上かかる場合があります (図 XNUMX)。 高度に順応した人が海面に戻ると、このプロセスは逆になります。 つまり、動脈血酸素圧が海面値まで上昇し、換気量が低下します。 COが少なくなりました2 呼気、およびCO2 血液中および呼吸中枢の圧力が上昇します。 酸塩基バランスは酸側に変化し、腎臓はバランスを回復するために重炭酸塩を保持しなければなりません. 順化の喪失に必要な時間は十分に理解されていませんが、順化プロセス自体とほぼ同じ間隔が必要なようです。 もしそうなら、仮説的には、高度からの帰還は、高度上昇の鏡像を与えます.XNUMXつの重要な例外があります.動脈酸素圧は、下降するとすぐに正常になります.
図 4. 気圧と吸気 PO2 に対する高度の影響
個人差
予想されるように、特定の高度への換気順化に必要な時間と程度は個人によって異なります。 非常に重要な理由の XNUMX つは、低酸素に対する換気応答の個人差が大きいことです。 たとえば、海面で、CO を保持している場合2 低酸素に対する換気反応を混同しないように圧力を一定に保つと、正常な人の中には換気がほとんどまたはまったく増加しない人もいれば、非常に大きな(最大 XNUMX 倍)増加を示す人もいます。 低酸素混合物を呼吸することに対する換気反応は、個人に固有の特徴であるように思われます。これは、家族の行動が血縁関係のない人よりも似ているためです。 予想通り、海面で低酸素に対する換気反応が悪い人は、高地では時間の経過とともに換気反応が小さくなるようです. 順化の個人差を引き起こす要因は他にもあるかもしれません。たとえば、換気抑制の大きさ、呼吸中枢の機能、酸塩基変化に対する感受性、重炭酸塩の腎臓での取り扱いなどです。評価されました。
スリープ
睡眠の質の悪さは、特に換気の順化が行われる前によくある不満であるだけでなく、作業効率を損なう要因でもあります。 感情、身体活動、食事、覚醒の程度など、多くのことが呼吸の行為を妨げます。 睡眠中に換気が低下し、低酸素または高 CO によって呼吸能力が刺激されます。2 も減少します。 呼吸数と呼吸の深さの両方が減少します。 さらに、空気中の酸素分子が少ない高地では、呼吸の間に肺胞に蓄えられる酸素の量が少なくなります。 したがって、呼吸が数秒間停止した場合 (無呼吸と呼ばれ、高地でよく見られる現象です)、動脈酸素圧は海面よりも急速に低下します。
高高度への上昇後の最初の数晩は、定期的な呼吸停止がほとんどの場合に見られます。 これは、前述の高度の呼吸のジレンマを反映しており、周期的に機能します。低酸素刺激は換気を増加させ、二酸化炭素レベルを低下させ、呼吸を抑制し、低酸素刺激を増加させ、再び換気を刺激します。 通常、15 秒から 30 秒の無呼吸期間があり、その後に数回の非常に大きな呼吸が続きます。これにより、被験者はしばしば短時間目覚めます。その後、別の無呼吸が続きます。 無呼吸期間の結果として、動脈血酸素圧が驚くべきレベルにまで低下することがあります。 頻繁に目が覚めることがあり、総睡眠時間が正常であっても、その断片化により睡眠の質が損なわれ、落ち着きのない、または眠れない夜を過ごしたような印象があります。 酸素を与えることで低酸素刺激の循環がなくなり、アルカローシス抑制により周期的な呼吸がなくなり、通常の睡眠が回復します。
特に中年男性は、無呼吸の別の原因、つまり、いびきの一般的な原因である上気道の断続的な閉塞のリスクにもさらされています. 鼻道の奥で間欠的な閉塞が起こると、通常、海抜XNUMXメートル、高地では耳障りな騒音しか発生しませんが、このような閉塞により、動脈酸素圧が著しく低下し、睡眠不足につながる可能性があります。品質。
断続的な暴露
特に南アメリカのアンデス山脈では、労働者が標高 3,000 ~ 4,000 m を超える高地で数日間過ごした後、海面の自宅で数日間過ごす必要がある場合があります。 特定の作業スケジュール (高地では 14 日から XNUMX 日、海面では XNUMX 日から XNUMX 日) は通常、健康への配慮よりも職場の経済性によって決定されます。 ただし、経済面で考慮すべき要素は、問題の高度への順応と順応の喪失の両方に必要な間隔です。 到着時とその後の XNUMX ~ XNUMX 日後の仕事での幸福感とパフォーマンス、疲労、日常的および非日常的な機能を実行するのに必要な時間、および発生したエラーに特に注意を払う必要があります。 また、高度順化に必要な時間を最小限に抑え、覚醒時の機能を改善するための戦略も検討する必要があります。
高地が人間に及ぼす主な影響は、気圧の変化に関連しています (PB) とその結果として生じる酸素の周囲圧力の変化 (O2)。 気圧は高度が上がると対数的に減少し、次の式で推定できます。
コラボレー a = メートルで表される高度。 さらに、気圧と高度の関係は、赤道からの距離や季節などの他の要因の影響を受けます。 West と Lahiri (1984) は、赤道付近とエベレスト山 (8,848 m) の頂上での気圧の直接測定値が、国際民間航空機関の標準大気に基づく予測よりも大きいことを発見しました。 天候と気温も気圧と高度の関係に影響を与え、低気圧の気象システムが気圧を低下させ、高地への滞在者を「生理学的に高く」することができます。 吸気酸素分圧 (PO2)は、吸気 PO の最も重要な決定要因である気圧の約 20.93% で一定のままです。2 どの高度でも気圧です。 したがって、吸気酸素は、図 1 に示すように、気圧の低下により、高度の上昇とともに減少します。
図 1. 気圧と吸気 PO に対する高度の影響2
高地では気温や紫外線も変化します。 標高が高くなるにつれて、気温は 6.5 m あたり約 1,000 °C の割合で低下します。 紫外線は、曇り、ほこり、水蒸気の減少により、4 m あたり約 300% 増加します。 さらに、紫外線の 75% が雪によって反射される可能性があるため、高地での暴露はさらに増加します。 高地環境での生存は、これらの各要素への適応および/または保護に依存しています。
順応
高高度への急速な上昇は死に至ることが多いが、登山家によるゆっくりとした上昇は、代償的な生理学的適応手段を伴う場合に成功する可能性がある. 高地への順化は、吸気 PO の減少にもかかわらず、代謝要求を満たすために十分な酸素供給を維持することを目的としています。2. この目標を達成するために、体内への酸素の取り込み、Oの分布に関与するすべての器官系で変化が起こります2 必要な臓器に、そしてO2 組織への荷降ろし。
酸素の取り込みと分布について議論するには、血液中の酸素含有量の決定要因を理解する必要があります。 空気が肺胞に入ると、インスパイアされた PO2 新しいレベルまで減少します (肺胞 PO と呼ばれます)。2) XNUMX つの要因のため: 吸気の加湿による水蒸気の分圧の増加と、二酸化炭素の分圧の増加 (PCO)2) COから2 排泄。 肺胞から、酸素は、肺胞 PO 間の勾配の結果として、肺胞毛細血管膜を横切って血液に拡散します。2 と血液PO2. 血液中の酸素の大部分は、ヘモグロビン (オキシヘモグロビン) に結合しています。 したがって、酸素含有量は、血液中のヘモグロビン濃度と O の割合の両方に直接関係しています。2 酸素で飽和しているヘモグロビン上の結合部位 (オキシヘモグロビン飽和)。 したがって、動脈POとの関係を理解する2 オキシヘモグロビン飽和度は、血液中の酸素含有量の決定要因を理解するために不可欠です。 図 2 は、オキシヘモグロビン解離曲線を示しています。 高度が上がると、PO がインスパイアされる2 減少し、したがって動脈 PO2 オキシヘモグロビン飽和度が低下します。 正常な被験者では、高度が 3,000 m を超えると、動脈の PO が十分に減少します。2 オキシヘモグロビン解離曲線の急峻な部分で、オキシヘモグロビン飽和度が 90% を下回りました。 高度がさらに上昇すると、補償メカニズムが存在しない場合、かなりの飽和度の低下が予想されます。
図 2. オキシヘモグロビン解離曲線
高地環境で発生する換気の適応は、周囲の酸素レベルの低下の影響から動脈の酸素分圧を保護し、急性、亜急性、および慢性の変化に分けることができます。 高高度への急激な上昇は、インスパイアされた PO の落下につながります2 その結果、動脈の PO が減少します。2 (低酸素症)。 吸気POの減少による影響を最小限に抑えるために2 動脈オキシヘモグロビン飽和状態では、高地で発生する低酸素が頸動脈体を介して換気の増加を引き起こします (低酸素換気応答 – HVR)。 過換気は、二酸化炭素排泄を増加させ、続いて動脈、次に肺胞の二酸化炭素分圧 (PCO) を増加させます。2) 落ちる。 肺胞PCOの低下2 肺胞POが可能2 上昇し、その結果、動脈 PO2 と動脈 O2 コンテンツが増えます。 しかし、二酸化炭素の排泄が増えると、血中水素イオン濃度も低下します ([H+]) アルカローシスの発症につながる。 その後のアルカローシスは、低酸素換気応答を阻害します。 したがって、高地への急激な上昇では、血液中のアルカローシスの発生によって調節される換気の急激な増加があります。
高地での次の数日間で、一般に換気順化と呼ばれる換気のさらなる変化が起こります。 換気は、今後数週間にわたって増加し続けます。 この換気のさらなる増加は、腎臓が重炭酸イオンの排泄によって急性アルカローシスを補い、その結果として血液が上昇する [H+]。 アルカローシスに対する腎臓の代償が、低酸素換気応答に対するアルカローシスの抑制的影響を除去し、それによって HVR の潜在能力を最大限に発揮できるようになると当初は考えられていました。 しかし、血液のpHを測定すると、換気量が増えてもアルカローシスが持続することが明らかになりました。 (1)髄質の呼吸制御中枢を取り囲む脳脊髄液(CSF)のpHは、持続的な血清アルカローシスにもかかわらず正常に戻った可能性がある。 (2)低酸素に対する頸動脈体の感受性の増加。 (3) COに対する呼吸コントローラーの応答の増加2. 換気の順応が起こると、過換気と HVR の増加の両方が、低酸素症の解消にもかかわらず、低高度に戻った後も数日間持続します。
高地で数年間生活した後、さらに換気の変化が起こります。 高地の原住民での測定では、順応した個人で得られた値と比較すると、HVR が減少していることが示されていますが、海抜の被験者で見られるレベルには達していません。 HVRの減少のメカニズムは不明ですが、頸動脈体の肥大および/または組織の酸素化を維持するための他の適応メカニズムの発達に関連している可能性があります。毛細血管密度の増加。 組織のガス交換能力の増加; ミトコンドリアの数と密度の増加; または肺活量の増加。
換気への影響に加えて、低酸素症は肺動脈の血管平滑筋の収縮も誘発します (低酸素性血管収縮)。 肺血管抵抗と肺動脈圧のその後の増加は、肺胞のPOが低い換気の悪い肺胞から血流をリダイレクトします。2 そしてより良い換気の肺胞に向かって。 このようにして、肺動脈灌流は十分に換気された肺ユニットに適合し、動脈 PO を維持するための別のメカニズムを提供します。2.
組織への酸素供給は、心血管系および血液系の適応によってさらに強化されます。 高地への最初の上昇では、心拍数が増加し、心拍出量が増加します。 数日間にわたって、高地で発生する水分損失の増加によって引き起こされる血漿量の減少により、心拍出量が低下します。 時間が経つにつれて、エリスロポエチン産生の増加はヘモグロビン濃度の増加につながり、血液の酸素運搬能力が増加します. ヘモグロビンレベルの増加に加えて、ヘモグロビンへの酸素結合の活性の変化も、組織の酸素化の維持に役立つ可能性があります。 オキシヘモグロビン解離曲線の右へのシフトは、組織への酸素の放出を促進するため、予想される場合があります。 しかし、エベレストの頂上から得られたデータと、頂上をシミュレートする低圧チャンバー実験から得られたデータは、曲線が左にシフトしていることを示唆しています (West and Lahiri 1984; West and Wagner 1980; West et al. 1983)。 左シフトは組織への酸素のアンロードをより困難にしますが、吸気 PO が著しく減少しても肺での酸素取り込みが容易になるため、極端な高度では有利な場合があります。2 (エベレスト山頂で 43 mmHg 対海面で 149 mmHg)。
組織への酸素供給チェーンの最後のリンクは、細胞の取り込みと Oの利用です。2. 理論的には、XNUMX つの潜在的な適応が発生する可能性があります。 第一に、酸素が血管から出て、酸化的代謝に関与する細胞内部位であるミトコンドリアに拡散する際に移動しなければならない距離を最小限に抑えます。 第二に、ミトコンドリア機能を改善する生化学的変化が起こる可能性があります。 拡散距離の最小化は、筋肉組織の毛細血管密度の増加またはミトコンドリア密度の増加を示す研究によって示唆されています。 これらの変化が毛細血管とミトコンドリアの動員または発達を反映しているのか、それとも筋萎縮による人工物なのかは不明です。 どちらの場合も、毛細血管とミトコンドリアの間の距離が減少し、それによって酸素の拡散が促進されます。 ミトコンドリア機能を改善する可能性のある生化学的変化には、ミオグロビンレベルの増加が含まれます。 ミオグロビンは、低組織 PO で酸素と結合する細胞内タンパク質です。2 レベルを上げ、ミトコンドリアへの酸素拡散を促進します。 ミオグロビン濃度はトレーニングによって増加し、筋細胞の有酸素能力と相関します。 これらの適応は理論的には有益ですが、決定的な証拠はありません。
高高度探検家の初期の報告は、脳機能の変化を説明しています。 新しいタスクを学習する能力の低下や情報を口頭で表現することの困難を含む、運動能力、感覚能力、認知能力の低下がすべて報告されています。 これらの赤字は、判断力の低下や過敏症につながる可能性があり、高地の環境で遭遇する問題をさらに悪化させます. 海面に戻ると、これらの赤字はさまざまな時間経過で改善されます。 報告によると、記憶力と集中力の低下が数日から数か月続き、指を叩く速度が 1989 年間低下したことが示されています (Hornbein et al. XNUMX)。 HVR が大きい人は、長期にわたる赤字の影響を受けやすく、これはおそらく、動脈オキシヘモグロビン飽和に対する過換気の利点が、低炭酸ガス血症 (PCO の減少) によって相殺される可能性があるためです。2 血液中)、脳血管の収縮を引き起こし、脳血流の減少につながります。
これまでの議論は安静条件に限定されていました。 運動は、酸素需要と消費量が増加するにつれて、追加のストレスを提供します。 高地で周囲の酸素が減少すると、最大酸素摂取量が減少し、したがって最大運動量が減少します。 さらに、インスパイアされた PO の減少2 高地では、血中への酸素の拡散が著しく損なわれます。 これは、肺胞毛細血管への酸素拡散の時間経過をプロットした図 3 に示されています。 海面では、末端毛細血管 PO の平衡化に余分な時間がかかります2 肺胞POへ2、一方、エベレストの頂上では、完全な平衡は実現されていません。 この違いは、肺胞と静脈の PO 間の拡散勾配の減少につながる高地での周囲酸素レベルの減少によるものです。2. 運動をすると、心拍出量と血流が増加し、それによって血球が肺胞毛細血管を通過する時間が減少し、問題がさらに悪化します。 この議論から、O の左シフトが明らかになります。2 また、高度によるヘモグロビン解離曲線は、肺胞内の酸素の拡散勾配の減少を補うために必要です。
図 3. 肺胞毛細血管の酸素分圧の計算された時間経過
睡眠障害は、高地に滞在する滞在者によく見られます。 周期的な (チェーン ストークス) 呼吸は普遍的であり、低酸素症につながる無呼吸 (無呼吸) の期間と交互になる急速な呼吸数 (過呼吸) の期間によって特徴付けられます。 周期的な呼吸は、低酸素換気感度が最も高い個人でより顕著になる傾向があります。 したがって、HVR が低い滞在者は、周期的な呼吸がそれほど深刻ではありません。 しかし、オキシヘモグロビン飽和度の持続的な低下に対応して、持続的な低換気期間が見られます。 周期的な呼吸のメカニズムは、おそらく HVR の増加に関連しており、低酸素に反応して換気が増加します。 換気量が増えると血液のpHが上昇し(アルカローシス)、換気が抑制されます。 順応が進むにつれて、周期的な呼吸が改善されます。 アセタゾラミドによる治療は、周期的な呼吸を減らし、睡眠中の動脈オキシヘモグロビン飽和を改善します。 睡眠中に見られる低酸素症を悪化させる可能性があるため、換気を抑制する薬やアルコールには注意が必要です。
気圧低下の病態生理学的影響
高地に対する人間の生理学的適応の複雑さは、多くの潜在的な不適応反応をもたらします。 各症候群は個別に説明されますが、それらの間にはかなりの重複があります。 急性低酸素症、急性高山病、高地肺水腫、高地脳浮腫などの病気は、同様の病態生理学を共有する一連の異常を表している可能性が最も高い.
低酸素症
低酸素症は、気圧が低下し、その結果として周囲の酸素が減少するため、高高度への上昇で発生します。 急速に上昇すると、低酸素症が急激に発生し、体に適応する時間がありません。 登山者は一般に、登山中に時間が経過し、順化が起こるため、急性低酸素症の影響から保護されてきました。 急性低酸素症は、高地環境の飛行士と救助隊員の両方にとって問題です。 オキシヘモグロビンが 40 ~ 60% 未満の値に急激に低下すると、意識を失います。 それほど深刻でない飽和度では、個人は頭痛、混乱、眠気、および協調の喪失に気づきます. 低酸素症はまた、1875 年の気球飛行中にティサンディエが「内なる喜び」を経験したと表現した多幸感の状態を誘発します。 より深刻な脱飽和では、死が発生します。 急性低酸素症は、酸素の投与または降下のいずれかに迅速かつ完全に反応します。
急性高山病
急性高山病 (AMS) は、高地環境で最も一般的な障害であり、滞在者の 2,500 分の XNUMX が罹患しています。 急性高山病の発生率は、上昇率、曝露の長さ、活動の程度、個人の感受性など、複数の要因に左右されます。 肺水腫または脳浮腫への進行を防ぐためには、罹患者の特定が重要です。 急性高山病の識別は、適切な環境で発生する特徴的な徴候と症状を認識することによって行われます。 ほとんどの場合、急性高山病は、標高 XNUMX m を超える急上昇から数時間以内に発生します。 最も一般的な症状には、夜間により顕著になる頭痛、吐き気や嘔吐を伴う食欲不振、睡眠障害、疲労などがあります。 AMS 患者は、息切れ、咳、記憶障害や聴覚障害、視覚障害などの神経学的症状を訴えることがよくあります。 体液貯留は初期の兆候である可能性がありますが、身体検査の所見が不足している可能性があります。 急性高山病の病因は、動脈PCOを増加させることによって脳血流と頭蓋内圧を増加させる相対的な低換気に関連している可能性があります2 および動脈POの減少2. このメカニズムは、HVR が高い人が急性高山病を発症する可能性が低い理由を説明している可能性があります。 体液貯留のメカニズムはよくわかっていませんが、腎臓の水分排泄を調節するタンパク質および/またはホルモンの異常な血漿レベルに関連している可能性があります。 これらの制御因子は、急性高山病患者に見られる交感神経系の活動の増加に反応する可能性があります。 水分の蓄積は、肺の間質腔の浮腫または腫れの発生につながる可能性があります。 より深刻なケースでは、肺水腫または脳浮腫を発症する可能性があります。
急性高山病の予防は、順化のための十分な時間を確保し、ゆっくりと段階的に登ることで達成できます。 これは、より感受性の高い人や、急性高山病の既往歴がある人にとって特に重要です。 さらに、登山前または登山中にアセタゾラミドを投与すると、急性高山病の症状の予防と改善に役立つ可能性があります。 アセタゾラミドは、腎臓の炭酸脱水酵素の作用を阻害し、重炭酸イオンと水の排泄を増加させ、血液中のアシドーシスを引き起こします。 アシドーシスは呼吸を刺激し、動脈オキシヘモグロビンの飽和を増加させ、睡眠中の周期的な呼吸を減少させます。 このメカニズムを通じて、アセタゾラミドは順化の自然なプロセスを加速します。
急性高山病の治療は、下山することが最も効果的です。 病気が進行する可能性があるため、高所へのさらなる上昇は禁忌です。 降下が不可能な場合は、酸素を投与することがあります。 あるいは、高高度環境への遠征に携帯用の軽量布製高圧チャンバーを持ち込むこともできます。 高圧バッグは、酸素が利用できず、降下が不可能な場合に特に価値があります。 アセタゾラミドやデキサメタゾンなど、急性高山病の症状を改善する薬がいくつかあります。 デキサメタゾンの作用機序は不明ですが、浮腫形成を減少させることによって作用する可能性があります。
高所肺水腫
高地肺水腫は、標高 0.5 m を超える高地に登る個人の約 2.0 ~ 2,700% に影響を及ぼし、高地で遭遇する病気による死亡の最も一般的な原因です。 高所肺水腫は、上昇後 6 ~ 96 時間で発症します。 高地肺水腫の発症の危険因子は、急性高山病の危険因子と同様です。 一般的な初期の兆候には、運動耐性の低下、運動後の回復時間の増加、労作時の息切れ、持続する乾いた咳を伴う急性高山病の症状が含まれます。 状態が悪化するにつれて、患者は安静時の息切れ、肺の可聴うっ血、および爪床と唇のチアノーゼを発症します。 この障害の病因は不明ですが、おそらく肺水腫の発症につながる微小血管圧の増加または微小血管系の透過性の増加に関連しています。 肺高血圧症は病因を説明するのに役立つかもしれませんが、低酸素症による肺動脈圧の上昇は、肺水腫を発症していない人を含め、高地に登るすべての人で観察されています. それにもかかわらず、影響を受けやすい個人は、肺動脈の不均一な低酸素収縮を有する可能性があり、低酸素血管収縮が存在しないか減少した局所領域で微小血管系の過剰灌流につながります。 結果として生じる圧力とせん断力の増加は、毛細血管膜を損傷し、浮腫の形成につながる可能性があります。 このメカニズムは、この病気の斑状の性質と、肺のX線検査でのその外観を説明しています. 急性高山病と同様に、HVR が低い人は、オキシヘモグロビン飽和度が低く、低酸素性肺血管収縮が大きいため、高地肺水腫を発症する可能性が高くなります。
高地肺水腫の予防は、急性高山病の予防と同様であり、緩やかな上昇とアセタゾラミドの使用が含まれます。 最近、平滑筋弛緩剤ニフェジピンの使用が、高所肺水腫の既往歴を持つ個人の疾患予防に有益であることが示されました。 さらに、運動の回避は予防的な役割を果たしている可能性がありますが、それはおそらく、この疾患の無症状の程度をすでに持っている個人に限定されています.
高地肺水腫の治療は、犠牲者が自分の運動を制限する必要があることを念頭に置いて、より低い高度への避難を支援することによって最もよく達成されます. 降下後、改善は急速であり、安静と酸素以外の追加治療は通常必要ありません。 降下が不可能な場合は、酸素療法が有益な場合があります。 薬物治療は複数の薬剤で試みられており、最も成功しているのは利尿剤のフロセミドとモルヒネです。 これらの薬は、脱水、血圧低下、呼吸抑制を引き起こす可能性があるため、注意が必要です。 治療としての降下の有効性にもかかわらず、死亡率は約 11% のままです。 この高い死亡率は、病気の経過の早い段階で病気を診断できなかったこと、または他の治療法が利用できないことと相まって下山できないことを反映している可能性があります。
高地脳浮腫
高地脳浮腫は、急性高山病の極端な形態であり、全身性脳機能障害を含むように進行しています。 急性高山病の重症例と軽度の脳浮腫を区別することは困難であるため、脳浮腫の発生率は不明です。 高地脳浮腫の病因は、急性高山病の病因の延長です。 低換気は脳血流と頭蓋内圧を増加させ、脳浮腫に進行します。 脳浮腫の初期症状は、急性高山病の症状と同じです。 病気が進行するにつれて、重度の過敏症や不眠症、運動失調、幻覚、麻痺、発作、そして最終的には昏睡などの追加の神経学的症状が認められます. 眼の検査では、一般に視神経乳頭の腫れまたは乳頭浮腫が明らかになります。 網膜出血がよく見られます。 さらに、脳浮腫の多くの症例は肺浮腫を併発している。
高地脳浮腫の治療は、他の高地障害の治療と同様であり、降下が好ましい治療法です。 酸素を投与して、オキシヘモグロビン飽和度を 90% 以上に維持する必要があります。 浮腫の形成は、デキサメタゾンなどのコルチコステロイドの使用によって減少することがあります。 浮腫を軽減するために利尿剤も利用されていますが、有効性は不明です。 昏睡状態の患者は、気道管理による追加のサポートが必要になる場合があります。 治療に対する反応はさまざまで、低地に避難した後も数日から数週間、神経障害と昏睡状態が続きます。 脳浮腫の予防策は、他の高地症候群の対策と同じです。
網膜出血
網膜出血は非常に一般的で、標高 40 m で最大 3,700%、標高 56 m で最大 5,350% の個人に影響を与えます。 通常、網膜出血は無症状です。 それらは、動脈の低酸素症による網膜血流の増加と血管拡張によって引き起こされる可能性が最も高い. 網膜出血は、頭痛のある人でより一般的であり、激しい運動によって引き起こされる可能性があります. 他の高地症候群とは異なり、網膜出血はアセタゾラミドまたはフロセミド療法では予防できません。 通常、自然治癒は XNUMX 週間以内に見られます。
慢性高山病
慢性高山病 (CMS) は、居住者や高地の長期居住者を苦しめます。 慢性高山病の最初の記述は、モンジュが標高 4,000 m 以上に住むアンデス原住民の観察を反映したものでした。 それ以来、慢性高山病、またはモンジュ病は、シェルパを除くほとんどの高地居住者で報告されています. 男性は女性よりも一般的に影響を受けます。 慢性高山病は、過多、チアノーゼ、赤血球量の増加を特徴とし、頭痛、めまい、無気力、記憶障害などの神経学的症状を引き起こします。 慢性高山病の犠牲者は右心不全を発症することがあります。 肺炎、肺高血圧症とオキシヘモグロビン飽和度の著しい低下によるものです。 慢性高山病の病因は不明です。 影響を受けた個人からの測定では、低酸素換気反応の低下、睡眠中に悪化する重度の低酸素血症、ヘモグロビン濃度の上昇、および肺動脈圧の上昇が明らかになりました。 因果関係がありそうに見えますが、証拠がなく、混乱することがよくあります。
慢性高山病の多くの症状は、海面まで降下することで改善できます。 海面への再配置は、赤血球産生および肺血管収縮のための低酸素刺激を取り除きます。 代替治療には、赤血球量を減らすための瀉血、および低酸素症を改善するための睡眠中の低流量酸素が含まれます。 呼吸刺激薬であるメドロキシプロゲステロンによる治療も効果的であることがわかっています。 ある研究では、メドロキシプロゲステロン療法を XNUMX 週間続けた後、換気と低酸素状態が改善され、赤血球数が減少しました。
その他の条件
鎌状赤血球症の患者は、高地で痛みを伴う血管閉塞の危機に苦しむ可能性が高くなります。 1,500 m という中程度の高度でも危機が発生することが知られており、1,925 m の高度では 60% の危機リスクが関連しています。 サウジアラビアの標高 3,050 m に住む鎌状赤血球症の患者は、海面に住む患者の XNUMX 倍の危機に瀕しています。 さらに、鎌状赤血球形質を持つ患者は、高地への上昇時に脾臓梗塞症候群を発症する可能性があります。 血管閉塞性危機のリスク増加の原因として考えられるものには、脱水、赤血球数の増加、および不動が含まれます。 血管閉塞性危機の治療には、海面への降下、酸素、および静脈内水分補給が含まれます。
妊娠中の患者が高所に登る際のリスクを説明するデータは基本的に存在しません。 高地に住む患者は妊娠に起因する高血圧のリスクが高くなりますが、胎児死亡率が増加したという報告はありません。 重度の低酸素症は、胎児の心拍数に異常を引き起こす可能性があります。 ただし、これは極端な高度または高高度肺水腫の存在下でのみ発生します。 したがって、妊娠中の患者への最大のリスクは、高度による合併症ではなく、その地域の僻地に関連している可能性があります。
特に南アメリカのアンデス山脈やチベット高原の都市や村では、多くの人々が高地で働いています。 これらの人々の大半は、この地域に何年も、おそらく数世代にわたって住んでいるハイランダーです。 仕事の多くは、家畜の世話など、本質的に農業に関連しています。
ただし、この記事の焦点は異なります。 最近は標高3,500~6,000mで商業活動が盛んになっています。 例としては、標高約 4,500 m のチリとペルーの鉱山が挙げられます。 これらの鉱山のいくつかは非常に大規模で、1,000 人以上の労働者を雇用しています。 別の例は、ハワイのマウナケアにある標高 4,200 m の望遠鏡施設です。
伝統的に、南アメリカのアンデスの高地の鉱山は、スペインの植民地時代にさかのぼるものもあり、何世代にもわたって高地に住んでいた先住民によって働いてきました。 しかし最近では、海面からの労働者の使用が増えています。 この変更にはいくつかの理由があります。 4,500 つは、これらの僻地に鉱山を運営するのに十分な人員がいないことです。 同様に重要な理由は、鉱山がますます自動化されるにつれて、熟練した人々が大型掘削機、ローダー、トラックを操作する必要があり、地元の人々が必要なスキルを持っていない可能性があることです. XNUMX つ目の理由は、これらの鉱山を開発する経済性です。 以前は、労働者の家族と、学校や病院などの必要な付帯施設を収容するために、鉱山の近くに町全体が設置されていましたが、現在では、家族が海面に居住し、労働者が住むことが望ましいと考えられています。鉱山に通勤。 これは純粋に経済的な問題ではありません。 標高 XNUMX m での生活の質は、標高の低い地域よりも低くなります (例: 子供の成長はより遅くなります)。 したがって、労働者が高地に通勤している間、家族を海面に留めておくという決定には、健全な社会経済的根拠があります。
労働力が海面から標高約 4,500 m に移動する状況は、多くの医学的問題を引き起こしますが、その多くは現時点では十分に理解されていません。 確かに、海面から標高 4,500 m まで旅行するほとんどの人は、最初に急性高山病の症状を発症します。 高所への耐性は、最初の XNUMX ~ XNUMX 日で改善されることがよくあります。 しかし、これらの高度の重度の低酸素症は、体に多くの有害な影響を及ぼします. 最大作業能力が低下し、人々はより急速に疲労します。 精神的効率が低下し、多くの人が集中するのがはるかに困難になる. 睡眠の質はしばしば悪く、頻繁な覚醒と周期的な呼吸 (毎分 XNUMX ~ XNUMX 回の呼吸の増減) により、動脈の PO が2 無呼吸または呼吸の減少の期間に続いて、低レベルに低下します。
高所への耐性は個人差が大きく、誰が高所に不耐性になるかを予測することは非常に困難です。 高度 4,500 m で働きたいと思っているかなりの数の人々が、それができないか、生活の質が非常に悪く、その高度にとどまることを拒否しています。 高地に耐えられる可能性が高い労働者の選択、および高地と海面での家族との期間の間の作業のスケジューリングなどのトピックは比較的新しく、よく理解されていません.
採用試験
高地での作業は呼吸器系と心血管系に大きな負荷をかけるため、通常の雇用前検査に加えて、心肺系に特別な注意を払う必要があります。 早期の慢性閉塞性肺疾患や喘息などの病状は、高所では換気が高いため、はるかに身体に障害を与えるため、特に注意する必要があります。 初期の気管支炎の症状を伴うヘビースモーカーは、高地に耐えるのが難しい可能性があります. 胸部 X 線写真を含む通常の胸部検査に加えて、強制スパイロメトリーを測定する必要があります。 高地では運動不耐性が誇張されるため、可能であれば運動テストを実施する必要があります。
心血管系は、可能であれば運動心電図を含めて慎重に検査する必要があります。 異常な程度の貧血または多血症の労働者を除外するために、血液検査を行う必要があります。
高地での生活は、多くの人々の心理的ストレスを増大させます。過去に問題行動を起こした可能性のある労働者を除外するために、慎重な病歴をとらなければなりません。 高地にある近代的な鉱山の多くは乾燥しています (アルコールは許可されていません)。 消化器系の症状は、高所にいる一部の人々によくみられ、消化不良の病歴がある労働者はうまくいかないかもしれません.
高地に耐える作業者の選択
高地での作業がうまくいかない可能性のある、肺や心臓の病気を患っている労働者を除外することに加えて、誰が高地によく耐えられるかを判断するためのテストを実施できれば、非常に価値があります。 残念なことに、現時点でかなりの研究が行われていますが、高高度に対する耐性の予測因子については現時点ではほとんどわかっていません。
高地への耐性の最良の予測因子は、おそらく高地での以前の経験です。 高度 4,500 m で数週間問題なく作業できた人は、再び同じことができる可能性が非常に高くなります。 同様に、高地での作業に耐えられなかった人は、次回も同じ問題に直面する可能性が非常に高くなります。 したがって、労働者を選択する際には、高地での成功した以前の雇用に大きな重点を置く必要があります。 ただし、この基準をすべての労働者に適用できるわけではないことは明らかです。
別の可能な予測因子は、低酸素に対する換気応答の大きさです。 これは、見込みのある労働者に低濃度の酸素を呼吸させ、換気の増加を測定することにより、海面で測定できます。 低酸素換気反応が比較的弱い人は、高地への耐性が低いという証拠がいくつかあります。 たとえば、Schoene (1982) は、14 人の高地登山者が、1981 人の対照者よりも有意に高い低酸素換気反応を示したことを示しました。 XNUMX年のエベレストへのアメリカ医学研究遠征でさらに測定が行われ、遠征前と遠征中に測定された低酸素換気反応が、山での高所でのパフォーマンスとよく相関していることが示されました(Schoene、Lahiri、およびHackett 1984)。 Masuyama、Kimura、および Sugita (1986) は、カンチェンジュンガで 8,000 m に到達した XNUMX 人の登山者は、到達しなかった XNUMX 人の登山者よりも高い低酸素換気反応を示したと報告しています。
ただし、この相関関係は決して普遍的なものではありません。 高地に行く 128 人の登山者の前向き研究では、低酸素換気反応の測定値は到達した高さと相関しませんでしたが、海面での最大酸素摂取量の測定値は相関していました (Richalet、Kerome、および Bersch 1988)。 この研究はまた、急性低酸素症に対する心拍数の反応が、高地でのパフォーマンスの有用な予測因子である可能性があることを示唆しています。 低酸素換気反応と極端な高度でのパフォーマンスとの間の相関関係が低いことを示す他の研究がありました (Ward、Milledge、および West 1995)。
これらの研究の多くの問題は、結果が主にここで関心のあるよりもはるかに高い高度に適用されることです. また、中程度の低酸素換気応答値を持ち、高地でうまくやっているクライマーの例もたくさんあります。 それにもかかわらず、異常に低い低酸素換気応答は、おそらく 4,500 m などの中高度でさえ耐えるための危険因子です。
海面での低酸素換気反応を測定する 24 つの方法は、最初に 7% の酸素、XNUMX% の二酸化炭素、および残りの窒素で満たされたバッグに被験者を再呼吸させることです。 PCO の再呼吸中2 可変バイパスと二酸化炭素吸収装置によって監視され、一定に保たれます。 再呼吸は、インスパイアされた PO まで続けることができます。2 約 40 mmHg (5.3 kPa) まで下がります。 動脈血酸素飽和度はパルス酸素濃度計で継続的に測定され、酸素飽和度に対して換気量がプロットされます (Rebuck and Campbell 1974)。 低酸素換気応答を測定する別の方法は、対象者が低酸素混合物を呼吸している間の気道閉塞の短い期間中の吸気圧を決定することです (Whitelaw、Derenne、および Milic-Emili 1975)。
高地への耐性のもう1982つの可能な予測因子は、海面での急性低酸素時の作業能力です。 ここでの理論的根拠は、急性低酸素症に耐えられない人は、慢性低酸素症に耐えられない可能性が高いということです. この仮説を支持する証拠も、反対する証拠もほとんどありません。 ソビエトの生理学者は、XNUMX 年のエベレスト遠征を成功させるための登山者の選択基準の XNUMX つとして、急性低酸素症への耐性を使用しました (Gazenko)。 1987)。 一方、環境順化に伴う変化は非常に深刻であるため、急性低酸素状態での運動能力と慢性低酸素状態での作業能力との相関が不十分であったとしても驚くことではありません。
別の可能な予測因子は、海面での急性低酸素症中の肺動脈圧の増加です。 これは、多くの人でドップラー超音波によって非侵襲的に測定できます。 この試験の主な理論的根拠は、高地肺水腫の発症と低酸素性肺血管収縮の程度との間の既知の相関関係です (Ward、Milledge、および West 1995)。 しかし、高地肺水腫は標高 4,500 m で働く人々ではまれであるため、この検査の実際的な価値には疑問があります。
労働者を選択するためのこれらのテストが実用的な価値があるかどうかを判断する唯一の方法は、海面で行われたテストの結果がその後の高高度に対する耐性の評価と相関する前向き研究です。 これにより、高高度耐性をどのように測定するかという問題が生じます。 これを行う通常の方法は、レイク ルイーズ質問票 (Hackett and Oelz 1992) などの質問票によるものです。 しかし、労働者は、高所への不耐性を認めると仕事を失う可能性があると認識しているため、この集団ではアンケートは信頼できない可能性があります。 仕事をやめること、無症候性肺水腫の徴候としての肺のラ音、および無症候性高所脳浮腫の徴候としての軽度の運動失調などの高所不耐症の客観的な尺度があることは事実です. ただし、これらの機能は、重度の高所不耐性を持つ人々にのみ見られ、そのような測定値のみに基づく前向き研究は非常に鈍感です.
高地での作業に対する耐性を決定するためのこれらの可能なテストの値は確立されていないことを強調する必要があります。 しかし、高地で満足のいく作業ができないかなりの数の労働者を引き受けることの経済的影響は、有用な予測因子を持つことが非常に価値があるようなものです. これらの予測因子のいくつかが価値があり実行可能かどうかを判断するための研究が現在進行中です。 低酸素に対する低酸素換気応答や、海面での急性低酸素時の作業能力などの測定は特に難しくありません。 ただし、それらは専門の検査室で行う必要があり、これらの調査の費用は、測定値の予測値が相当なものである場合にのみ正当化できます。
高高度と海抜の間のスケジューリング
繰り返しになりますが、この記事では、標高約 4,500 m の鉱山などの商業活動で、家族が住んでいる海面から通勤する労働者を雇用する場合に発生する特定の問題について取り上げます。 人々が高地に永住する場合、スケジューリングは明らかに問題ではありません。
高地と海面の間を移動するための最適なスケジュールを設計することは困難な問題であり、これまで採用されてきたスケジュールの科学的根拠はまだほとんどありません。 これらは主に、労働者が家族と再会する前に高地でどれくらいの時間を過ごすかなどの社会的要因に基づいています。
一度に数日を高地で過ごす主な医学的根拠は、順化によって得られる利点です。 高地に行った後に急性高山病の症状が出た人の多くは、1972 ~ 1982 日でかなり回復します。 したがって、この期間に急速な順応が起こっています。 さらに、低酸素に対する換気反応が定常状態に達するまでに XNUMX 日から XNUMX 日かかることが知られています (Lahiri XNUMX; Dempsey and Forster XNUMX)。 この換気の増加は、順化プロセスの最も重要な特徴の XNUMX つであるため、高地での作業期間を少なくとも XNUMX 日間とすることを推奨するのは合理的です。
高地順化のその他の機能は、おそらく開発にはるかに長い時間がかかります。 その一例が多血症で、定常状態に達するまでに数週間かかります。 ただし、多血症の生理学的価値は、かつて考えられていたよりもはるかに確実ではないことを付け加えておく必要があります。 実際、Winslow と Monge (1987) は、高度約 4,500 m の永住者に時々見られる重度の赤血球増加症は、数週間にわたって血液を除去することによってヘマトクリットが低下すると、仕事能力が増加する場合があるという点で逆効果であることを示しました。 .
もう 1972 つの重要な問題は、非順化率です。 理想的には、労働者は、家族と一緒に海面にいる間に高地で培った順応性をすべて失うべきではありません。 残念なことに、非順化速度に関する研究はほとんど行われていませんが、一部の測定では、非順化中の換気応答の変化速度は順化中よりも遅いことが示唆されています (Lahiri XNUMX)。
もう XNUMX つの実際的な問題は、労働者を海面から高地に移動させ、再び海面に戻すのに必要な時間です。 チリ北部のコラワシにある新しい鉱山では、ほとんどの家族が住むと予想される海岸沿いの町イキケから、バスでわずか数時間で鉱山に到着します。 ただし、労働者がサンティアゴに住んでいる場合、移動に XNUMX 日以上かかる場合があります。 このような状況下では、高地での XNUMX ~ XNUMX 日間という短い作業期間は、移動に時間を浪費するため、明らかに非効率的です。
社会的要因も、家族から離れた時間を含むスケジューリングにおいて重要な役割を果たします。 14 日間の順応期間が最適であるという医学的および生理学的な理由があるとしても、労働者が家族と XNUMX 日または XNUMX 日以上離れることを望まないという事実は、最優先の要因である可能性があります。 これまでの経験から、高地で XNUMX 日間、海面で XNUMX 日間、または高地で XNUMX 日間、海面で同じ期間というスケジュールが、おそらく最も受け入れられるスケジュールであることが示されています。
このタイプのスケジュールでは、作業員が高地に完全に順応したり、海面にいる間に完全に脱順応したりすることはありません。 そのため、彼は両極端の間で揺れ動くことに時間を費やし、どちらの状態からも完全な恩恵を受けることはありません。 さらに、一部の労働者は、海面に戻ったときに極度の疲労を訴え、最初の XNUMX、XNUMX 日を回復に費やします。 おそらくこれは、高地での生活の特徴である睡眠の質の悪さに関連している可能性があります. これらの問題は、最適なスケジュールを決定する要因に対する私たちの無知を浮き彫りにしており、この分野でさらに多くの作業が必要であることは明らかです.
どのようなスケジュールを使用するにせよ、労働者が職場よりも低い高度で眠ることができれば、非常に有利です。 もちろん、これが実現できるかどうかは、その地域の地形によって異なります。 睡眠のためのより低い高度は、到達するのに数時間かかる場合、稼働日を大幅に短縮するため、現実的ではありません. しかし、例えばXNUMX時間以内に到達できる数百メートル下の場所があれば、その低地に寝室を設置することで、睡眠の質、労働者の快適性と幸福感、および生産性が向上します。
高酸素の低酸素症を軽減するための室内空気の酸素濃縮 標高
高地の有害な影響は、空気中の酸素分圧が低いために引き起こされます。 これは、酸素濃度は海面と同じですが、気圧が低いためです。 残念なことに、この「気候の侵略」に対抗するために高地でできることはほとんどありません。これは、ペルーの高地医学の父であるカルロス・モンジュによって吹き替えられたものです (Monge 1948)。
XNUMX つの可能性として、狭い範囲で気圧を上げることが考えられます。これが高山病の応急処置に使用されることがあるガモウ バッグの原理です。 しかし、部屋などの大空間を加圧することは技術的に困難であり、加圧された部屋への出入りには医療上の問題もあります。 例としては、耳管が詰まっている場合の中耳の不快感があります。
別の方法は、作業施設の一部で酸素濃度を上げることであり、これは比較的新しい開発であり、非常に有望です (West 1995)。 先に指摘したように、高度 4,500 m で XNUMX ~ XNUMX 日間順応した後でも、重度の低酸素症は作業能力、精神効率、睡眠の質を低下させ続けます。 したがって、可能であれば、作業施設の一部で低酸素症の程度を減らすことは非常に有利です。
これは、一部の部屋の通常の換気に酸素を追加することで実行できます。 室内空気の酸素濃縮度が比較的小さい値は注目に値します。 酸素濃度が 1% 増加する (たとえば 21% から 22% に増加する) ごとに、等価高度が 300 m 減少することが示されています。 同等の高度は、同じインスピレーション PO を持つ高度です。2 酸素が豊富な部屋のように空気呼吸中。 したがって、高度 4,500 m では、部屋の酸素濃度を 21% から 26% に上げると、同等の高度が 1,500 m 低下します。 その結果、高度は 3,000 m に相当しますが、これは簡単に許容できます。 酸素は通常の部屋の換気に追加されるため、空調の一部になります。 私たちは皆、部屋が快適な温度と湿度を提供することを期待しています。 酸素濃度の制御は、人類が環境を制御するためのさらなる論理的なステップと見なすことができます。
ほぼ純粋な酸素を大量に提供するための比較的安価な装置が導入されたため、酸素濃縮が実現可能になりました。 最も有望なのは、モレキュラーシーブを使用する酸素濃縮器です。 このような装置は、窒素を優先的に吸着し、空気から酸素富化ガスを生成します。 このタイプの濃縮器で純粋な酸素を生成することは困難ですが、窒素中の 90% の酸素を大量に容易に入手でき、これらはこのアプリケーションにも同様に役立ちます。 これらのデバイスは継続的に動作できます。 実際には、300 つのモレキュラーシーブが交互に使用され、90 つがパージされ、もう 350 つが積極的に窒素を吸着します。 唯一の要件は電力であり、これは通常、現代の鉱山では豊富に供給されています。 酸素濃縮のコストの大まかな指標として、市販の小型の装置を購入することができ、これは 2,000% の酸素を 3 時間あたり XNUMX リットル生成します。 自宅で肺疾患の患者を治療するための酸素を生成するために開発されました。 このデバイスの電力要件は XNUMX ワットで、初期費用は約 XNUMX 米ドルです。 このような機械は、部屋の換気の最小レベルではあるが許容できるレベルで、部屋の酸素濃度を XNUMX 人で XNUMX% 上昇させるのに十分です。 非常に大型の酸素濃縮器も入手可能で、紙パルプ産業で使用されています。 状況によっては、液体酸素が経済的である可能性もあります。
たとえば、鉱山には酸素濃縮が考慮される可能性のある領域がいくつかあります。 4,500 つは、重要な意思決定が行われる所長室または会議室です。 例えば鉱山で重大な事故などの危機が発生した場合、そのような施設はおそらく通常の低酸素環境よりも明確な思考をもたらすでしょう。 1995 m の高度が脳機能を損なうという良い証拠があります (Ward、Milledge、および West 4,500)。 酸素濃縮が有益なもう XNUMX つの場所は、品質管理測定が行われている実験室です。 さらなる可能性は、睡眠の質を改善するための寝室の酸素濃縮です。 高度約 XNUMX m での酸素濃縮の有効性の二重盲検試験は設計が容易であり、できるだけ早く実施する必要があります。
酸素濃縮の合併症の可能性を考慮する必要があります。 火災の危険性の増加は、提起された 5 つの問題です。 しかし、高度 4,500 m で酸素濃度を 1996% 増加させると、海面の空気よりも可燃性の低い大気が生成されます (West XNUMX)。 酸素濃縮はPOを増加させるが、2、これはまだ海面値よりもはるかに低いです。 大気の可燃性は、1964 つの変数に依存します (Roth XNUMX)。
このクエンチングは高地ではわずかに減少しますが、最終的な効果は依然として燃焼性が低くなります. もちろん、純粋またはほぼ純粋な酸素は危険であり、酸素濃縮器から換気ダクトに酸素を配管する際には、通常の予防措置を講じる必要があります。
高地への順化の喪失は、酸素濃縮の欠点として時々挙げられます。 ただし、酸素が豊富な大気の部屋に入ることと、より低い高度に降下することの間に基本的な違いはありません。 可能であれば、誰もがより低い高度で眠るでしょう。したがって、これは酸素濃縮の使用に反対する議論にはなりません. 他の条件が同じであれば、より低い高度に頻繁にさらされると、より高い高度への順応が少なくなることは事実です。 しかし、究極の目的は鉱山の高地で効果的に作業することであり、これはおそらく酸素濃縮を使用して強化することができます。
このように雰囲気を変えると、何らかの低酸素症関連の病気が発生した場合、施設の法的責任が高まる可能性があると示唆されることがあります. 実際には、反対の見方の方が理にかなっているように思えます。 たとえば、高地での作業中に心筋梗塞を発症した労働者は、高地が原因であると主張する可能性があります。 低酸素ストレスを軽減する手順は、高地に起因する病気の可能性を低くします。
緊急治療
急性高山病、高地肺水腫、高地脳浮腫など、さまざまな種類の高山病については、この章の前半で説明しました。 高地での作業に関しては、追加する必要はほとんどありません。
高山病を発症した人は誰でも休むことが許されるべきです。 急性高山病などの症状にはこれで十分かもしれません。 マスクが利用できる場合は、酸素をマスクで与える必要があります。 ただし、患者が改善しない、または悪化する場合は、下山が最良の治療法です。 大規模な商業施設では、交通機関が常に利用できるため、通常、これは簡単に実行できます。 高地に関連するすべての病気は、通常、低地への移動に急速に反応します。
商業施設には、患者を収容できる小さな加圧容器の場所があり、空気を送り込むことで同等の高度が低下します。 フィールドでは、これは通常、強力なバッグを使用して行われます。 XNUMX つのデザインは、発明者にちなんでガモウ バッグとして知られています。 ただし、バッグの主な利点は携帯性であり、この機能は商業施設ではそれほど重要ではないため、より大きくて剛性のあるタンクを使用する方がよいでしょう. これは、アテンダントが患者と一緒に施設内にいるのに十分な大きさである必要があります。 もちろん、そのような容器の適切な換気は不可欠です。 興味深いことに、この方法で大気圧を上げることは、患者に高濃度の酸素を与えるよりも、高山病の治療に効果的であるという逸話的な証拠があります. なぜそうすべきなのかは明らかではありません。
急性高山病
これは通常、自己制限的であり、患者は 250 日か 8 日後にはかなり気分が良くなります。 急性高山病の発生率は、アセタゾラミド (ダイアモックス) を 4 日 XNUMX mg の錠剤で XNUMX 錠または XNUMX 錠服用することで軽減できます。 これらは、高地に到達する前に開始するか、症状が現れたときに服用できます。 軽い症状の人でも、夜に半分の錠剤を飲むと、睡眠の質が向上することがよくあります. アスピリンまたはパラセタモールは頭痛に役立ちます。 重度の急性高山病は、デキサメタゾンを最初に XNUMX mg、その後 XNUMX 時間ごとに XNUMX mg で治療できます。 ただし、状態が深刻な場合は、降下が断然最良の治療法です。
高所肺水腫
これは、高山病の潜在的に深刻な合併症であり、治療する必要があります。 繰り返しますが、最高の治療法は下降です。 避難を待つ間、または避難が不可能な場合は、酸素を与えるか、高圧チャンバーに入れます。 ニフェジピン(カルシウムチャネル遮断薬)を投与する必要があります。 投与量は、舌下に 10 mg、続いて 20 mg の徐放です。 これにより、肺動脈圧が低下し、多くの場合非常に効果的です。 ただし、患者をより低い高度に降ろす必要があります。
高地脳浮腫
これは潜在的に非常に深刻な合併症であり、即時降下の兆候です. 避難を待つ間、または避難が不可能な場合は、酸素を与えるか、加圧環境に置く。 デキサメタゾンは、最初に 8 mg を投与し、その後 4 時間ごとに XNUMX mg を投与する必要があります。
前述のように、重度の急性高山病、高地肺水腫または高地脳浮腫を発症した人は、高地に戻ると再発する可能性があります。 したがって、労働者がこれらの状態のいずれかを発症した場合は、より低い高度で仕事を見つけるように努める必要があります。
高地での作業は、この章の他の場所で説明されているように、さまざまな生物学的反応を引き起こします。 高度に対する過呼吸反応は、海面で同様の条件下で働く人々と比較して、職業的に暴露された人々が吸入する可能性のある有害物質の総量を著しく増加させるはずです. これは、ばく露基準の基礎として使用される 8 時間のばく露限度を引き下げる必要があることを意味します。 例えば、チリでは、高地にある鉱山で珪肺症がより速く進行するという観察結果から、mg/m で表した場合、作業場の気圧に比例して許容暴露レベルが引き下げられました。3. これは中程度の高度では過剰に修正されている可能性がありますが、誤差は暴露された作業員に有利になります。 ただし、XNUMX 万分の XNUMX (ppm) で表される限界値 (TLV) を調整する必要はありません。これは、空気中の酸素 XNUMX モルあたりの汚染物質のミリモルの割合と、作業者が必要とする酸素のモル数の両方が考慮されるためです。 XNUMX モルの酸素を含む空気の体積は変化しますが、さまざまな高度でほぼ一定のままです。
しかし、これが正しいことを保証するためには、Orsat の装置や Bacharach Fyrite 装置の場合のように、ppm での濃度を決定するために使用される測定方法が真に容積測定でなければなりません。 ppm で読み取るように校正された比色チューブは、実際にはチューブ上のマーキングが空気汚染物質と試薬との間の化学反応によって引き起こされるため、真の容積測定値ではありません。 すべての化学反応において、物質は体積に比例するのではなく、存在するモル数に比例して結合します。 手動式のエアポンプは、どの高度でも一定量の空気をチューブから引き込みます。 より高い高度でのこの体積には、より少ない量の汚染物質が含まれるため、読み値は ppm 単位の実際の体積濃度よりも低くなります (Leichnitz 1977)。 測定値は、測定値に海面気圧を掛け、その結果をサンプリング サイトの気圧で割り、両方の圧力に同じ単位 (torr や mbar など) を使用して補正する必要があります。
拡散サンプラー: ガス拡散の法則は、拡散サンプラーの収集効率が気圧変化とは無関係であることを示しています。 Lindenboom と Palmes (1983) による実験的研究は、まだ決定されていない他の要因が NO の収集に影響を与えることを示しています。2 減圧で。 誤差は 3.3 m で約 3,300%、8.5 m 相当の高度で 5,400% です。 この変動の原因と、他のガスや蒸気に対する高度の影響については、さらなる研究が必要です。
電気化学拡散センサーを備えた、ppm で校正されたポータブルガス検知器に対する高度の影響に関する情報は入手できませんが、発色チューブで述べたのと同じ補正が適用されると合理的に予想できます。 明らかに、既知の濃度のテストガスを使用して高度でそれらを校正するのが最善の手順です。
電子機器の操作と測定の原理を慎重に調べて、高地で使用する場合に再校正が必要かどうかを判断する必要があります。
サンプリング ポンプ: これらのポンプは通常、容積式です。つまり、XNUMX 回転あたり一定の量を排出しますが、通常はサンプリング トレインの最後のコンポーネントであり、実際に吸引される空気の量は、フィルター、ホース、サンプリングトレインの一部である流量計とオリフィス。 回転計は、サンプリング列を実際に流れるよりも低い流量を示します。
高地でのサンプリングの問題の最善の解決策は、サンプリング サイトでサンプリング システムを調整し、補正の問題を回避することです。 ブリーフケース サイズのバブル フィルム キャリブレーション ラボは、サンプリング ポンプのメーカーから入手できます。 これは場所に簡単に持ち運べ、実際の作業条件下で迅速に校正できます。 行われたキャリブレーションの永続的な記録を提供するプリンターも含まれています。
TLV と作業スケジュール
TLV は、通常の 8 日 40 時間労働および週 48 時間労働に対して指定されています。 現在の高地での仕事の傾向は、何日か長時間労働をしてから、最寄りの町に通勤して長い休憩を取ることであり、平均労働時間を法定制限内に保ちます。チリでは週 XNUMX 時間です。 .
通常の 8 時間労働スケジュールからの逸脱により、曝露の増加と解毒時間の短縮による有毒物質の体内蓄積の可能性を調べる必要があります。
チリの労働衛生規則は最近、Paustenbach (1985) によって記述された、長時間労働の場合に TLV を削減するための「Brief and Scala モデル」を採用しました。 高度では、気圧の補正も使用する必要があります。 これにより、通常、許容される暴露限界が大幅に減少します。
シリカのように、解毒メカニズムの影響を受けない累積的な危険の場合、長時間労働の補正は、通常の年間 2,000 時間を超える実際の労働時間に正比例する必要があります。
物理的危険性
ノイズ: 特定の振幅のノイズによって生成される音圧レベルは、伝達されるエネルギー量と同様に、空気密度に直接関係しています。 これは、騒音計で得られる数値と内耳への影響が同じように減少することを意味するため、補正は必要ありません。
事故: 低酸素症は中枢神経系に顕著な影響を及ぼし、応答時間を短縮し、視覚を混乱させます。 事故の発生率の増加が予想されます。 高度 3,000 m を超えると、重要な作業に携わる人々のパフォーマンスは酸素補給の恩恵を受けるでしょう。
ケネス I. バーガーとウィリアム N. ロム
労働者の労働安全の監視と維持には、高地環境に対する特別な配慮が必要です。 高地条件は、海面で使用するために校正されたサンプリングおよび測定機器の精度に影響を与えることが予想されます。 たとえば、アクティブ サンプリング デバイスは、ポンプに依存して一定量の空気を収集媒体に引き込みます。 サンプラーを介して引き込まれる空気の正確な量、つまり汚染物質の濃度を決定するには、ポンプの流量を正確に測定することが不可欠です。 流量校正は、海面で行われることがよくあります。 ただし、高度の上昇に伴う空気密度の変化は、キャリブレーションを変更する可能性があり、その結果、高高度環境で行われたその後の測定が無効になります。 高地でのサンプリングおよび測定機器の精度に影響を与える可能性のあるその他の要因には、温度と相対湿度の変化が含まれます。 作業者の吸入物質への曝露を評価する際に考慮すべき追加の要因は、環境順応に伴う呼吸換気の増加です。 高高度に上昇した後は換気が著しく増加するため、測定された汚染物質の濃度が限界値を下回っていても、労働者は吸入された職業汚染物質の過剰な総線量にさらされる可能性があります。
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