人們越來越多地在高海拔地區工作。 採礦作業、娛樂設施、交通方式、農業活動和軍事活動通常都在高海拔地區進行，所有這些都需要人類的體力和腦力活動。 所有這些活動都會增加對氧氣的需求。 一個問題是，當一個人在海平面上升得越來越高時，總氣壓（大氣壓力，P_B) 和周圍空氣中的氧氣量（氧氣佔總壓力的那部分，PO₂) 逐漸下降。 結果，我們可以完成的工作量逐漸減少。 這些原則會影響工作場所。 例如，科羅拉多州的一條隧道被發現在 25 英尺的海拔高度比在海平面的同類工作需要多 11,000% 的時間才能完工，並且高度效應與延遲有關。 不僅肌肉疲勞加劇，而且精神功能惡化。 記憶力、計算力、決策力和判斷力都會受損。 科學家們在位於夏威夷島海拔 4,000 米以上的莫納羅亞天文台進行計算時發現，與在海平面上相比，他們需要更多的時間來進行計算，而且他們犯的錯誤也更多。 由於地球上人類活動的範圍、幅度、種類和分佈不斷增加，越來越多的人在高海拔地區工作，海拔影響成為一個職業問題。

對於高海拔地區的職業表現來說，最重要的是保持組織的氧氣供應。 我們（和其他動物）對低氧狀態（缺氧）有防禦能力。 其中最主要的是呼吸（通氣）增加，當動脈血中的氧氣壓力（PaO₂) 減少（低氧血症），在海平面以上的所有高度都存在，隨著高度的增加而增加，是我們抵禦環境中低氧的最有效防禦措施。 在高海拔地區呼吸增加的過程稱為 通氣適應. 從圖 1 中可以看出該過程的重要性，圖中顯示已適應環境的受試者的動脈血氧壓高於未適應環境的受試者。 此外，隨著高度的增加，適應環境對維持動脈血氧壓力的重要性也逐漸增加。 事實上，未適應環境的人不太可能在海拔 20,000 英尺以上生存，而適應環境的人已經能夠在沒有人工氧氣源的情況下攀登珠穆朗瑪峰（29,029 英尺，8,848 米）的山頂。

圖 1. 通氣適應

機制

高海拔地區通氣量增加的刺激主要且幾乎完全來自監測動脈血中氧氣壓力的組織，該組織包含在稱為頸動脈體的器官內，大約針頭大小，位於分支點在兩條頸動脈中的每一條中，在下頜角的水平。 當動脈氧壓下降時，頸動脈體中的神經樣細胞（化學感受器細胞）會感覺到這種下降，並沿著第 9 腦神經增加它們的放電率，從而將衝動直接傳遞到腦幹中的呼吸控制中心。 當呼吸中樞接收到更多的衝動時，它會通過複雜的神經通路刺激呼吸頻率和深度的增加，從而激活橫膈膜和胸壁的肌肉。 結果是肺部換氣量增加，圖 2，這反過來又會恢復動脈血氧壓力。 如果受試者呼吸氧氣或富含氧氣的空氣，則會發生相反的情況。 也就是說，化學感受器細胞降低了它們的放電率，從而減少了到呼吸中樞的神經交通，呼吸也減少了。 頸部兩側的這些小器官對血液中氧氣壓力的微小變化非常敏感。 此外，它們幾乎完全負責維持身體的氧氣水平，因為當它們都被損壞或移除時，當血氧水平下降時通氣量不再增加。 因此，控制呼吸的一個重要因素是動脈血氧壓力； 氧氣水平降低導致呼吸增加，氧氣水平增加導致呼吸減少。 在每種情況下，結果實際上都是身體努力維持血氧水平恆定。

圖 2. 適應過程中的事件順序

時間過程（反對海拔高度通風增加的因素）

持續產生能量需要氧氣，當組織的氧氣供應減少（缺氧）時，組織功能可能會下降。 在所有器官中，大腦對缺氧最為敏感，並且如上所述，中樞神經系統內的中樞在控制呼吸方面非常重要。 當我們吸入低氧混合物時，最初的反應是通氣量增加，但在 10 分鐘左右後，這種增加會在一定程度上減弱。 雖然這種變鈍的原因尚不清楚，但其可能的原因是某些與通氣通路相關的中樞神經功能受到抑制，並被稱為 缺氧通氣抑制. 在上升到高海拔後不久就觀察到了這種抑鬱症。 抑鬱是短暫的，只持續幾個小時，可能是因為中樞神經系統內有一些組織適應。

儘管如此，通氣量的增加通常會在進入高海拔地區時立即開始，儘管在達到最大通氣量之前需要時間。 到達海拔高度後，頸動脈體活動增加試圖增加通氣量，從而將動脈血氧壓力提高回海平面值。 然而，這給身體帶來了進退兩難的局面。 呼吸增加導致二氧化碳排泄增加（CO₂) 在呼出的空氣中。 當一氧化碳₂ 在身體組織中，它會產生酸性水溶液，當它在呼出的空氣中流失時，包括血液在內的體液會變得更加鹼性，從而改變體內的酸鹼平衡。 困境在於調節通風不僅是為了保持氧氣壓力恆定，也是為了酸鹼平衡。 一氧化碳₂ 調節與氧氣相反方向的呼吸。 因此當CO₂ 壓力（即呼吸中樞某處的酸度）升高，通氣量增加，當壓力下降時，通氣量下降。 到達高海拔地區後，低氧環境引起的任何通風增加都會導致二氧化碳下降₂ 壓力，這會導致鹼中毒並阻礙通氣增加（圖 2）。 因此，到達時的困境是身體無法保持氧氣壓力和酸鹼平衡的恆定。 人類需要許多小時甚至幾天才能恢復適當的平衡。

一種重新平衡的方法是讓腎臟增加尿液中鹼性碳酸氫鹽的排泄，從而補償酸度的呼吸損失，從而幫助恢復身體的酸鹼平衡以達到海平面值。 碳酸氫鹽的腎臟排泄是一個相對緩慢的過程。 例如，從海平面上升到 4,300 米（14,110 英尺），適應環境需要七到十天（圖 3）。 腎臟的這種作用減少了通氣的鹼性抑制，曾被認為是上升後通氣緩慢增加的主要原因，但最近的研究將主導作用分配給缺氧感應敏感性的逐漸增加頸動脈體在上升到高海拔後的最初幾個小時到幾天內的能力。 這是間隔 通氣適應. 實際上，適應過程允許通氣量增加以響應低動脈氧壓，即使 COXNUMX₂ 壓力正在下降。 隨著通風量的增加和 CO₂ 隨著海拔高度的適應，壓力下降，肺泡和動脈血中的氧氣壓力隨之升高。

圖 3. 海平面受試者被帶到 4,300 米高度的通氣適應時間過程

由於在高海拔地區可能會出現短暫的缺氧通氣抑制，並且由於適應過程僅在進入低氧環境時才開始，因此到達高海拔地區時會出現最低動脈氧壓。 此後，動脈血氧壓力在最初幾天上升得相對較快，此後上升得更慢，如圖 3 所示。由於抵達後不久缺氧情況惡化，伴隨高原暴露的嗜睡和症狀在頭幾個小時和幾天內也更嚴重. 隨著環境的適應，通常會恢復幸福感。

適應所需的時間隨著海拔高度的增加而增加，這與換氣和酸鹼調節的更大增加需要更長的腎臟代償間隔時間的概念一致。 因此，雖然海平面土著可能需要三到五天才能適應海拔 3,000 米的環境，但對於 6,000 到 8,000 米以上的海拔高度，即使可能，完全適應也可能需要六週或更長時間（圖 4）。 當適應海拔高度的人回到海平面時，這個過程就會逆轉。 也就是說，現在動脈血氧壓力上升到海平面值，通氣量下降。 現在二氧化碳少了₂ 呼氣，CO₂ 血液和呼吸中樞的壓力升高。 酸鹼平衡向酸性方向改變，腎臟必須保留碳酸氫鹽以恢復平衡。 雖然失去適應所需的時間還不是很清楚，但似乎需要與適應過程本身一樣長的時間間隔。 如果是這樣，那麼從高處返回，假設，給出了高處上升的鏡像，有一個重要的例外：動脈血氧壓力在下降時立即恢復正常。

圖 4. 高度對大氣壓力和吸入 PO2 的影響

個體差異

正如所預料的那樣，對於給定海拔高度的通氣適應所需的時間和強度，個體之間存在差異。 一個非常重要的原因是個體對缺氧的通氣反應存在很大差異。 例如，在海平面上，如果持有 CO₂ 由於壓力恆定，所以它不會混淆對低氧的通氣反應，一些正常人的通氣量很少或沒有增加，而其他人則表現出非常大（高達五倍）的增加。 對呼吸低氧混合物的通氣反應似乎是個體的固有特徵，因為家庭成員的行為比沒有血緣關係的人更相似。 正如預期的那樣，那些在海平面低氧條件下通氣反應較差的人，在高海拔地區的通氣反應似乎也會隨著時間的推移而減弱。 可能還有其他因素導致個體間的適應差異，例如通氣抑製程度、呼吸中樞功能、對酸鹼變化的敏感性以及腎臟對碳酸氫鹽的處理的差異，但這些因素並未被評估。

寵物床

睡眠質量差，尤其是在通氣適應之前，不僅是常見的抱怨，也是影響工作效率的一個因素。 許多因素會干擾呼吸行為，包括情緒、身體活動、進食和清醒程度。 睡眠期間換氣減少，低氧或高二氧化碳刺激呼吸能力₂ 也減少。 呼吸頻率和呼吸深度均降低。 此外，在高海拔地區，空氣中的氧分子較少，呼吸之間儲存在肺泡中的氧氣量也較少。 因此，如果呼吸停止幾秒鐘（稱為呼吸暫停，這在高海拔地區很常見），動脈血氧壓力下降的速度會比在海平面下降得更快，而海平面實際上氧氣儲量更大。

在上升到高海拔後的頭幾個晚上，週期性呼吸停止幾乎是普遍現象。 這反映了之前描述的高海拔呼吸困境，以循環方式起作用：低氧刺激增加通氣，進而降低二氧化碳水平，抑制呼吸，並增加低氧刺激，從而再次刺激通氣。 通常會有 15 到 30 秒的窒息期，然後是幾次非常大的呼吸，這通常會短暫地喚醒受試者，之後會出現另一次窒息。 由於呼吸暫停期，動脈血氧壓力有時會下降到令人擔憂的水平。 可能會有頻繁的覺醒，即使總睡眠時間正常，其碎片化也會損害睡眠質量，從而給人留下不安或不眠之夜的印象。 給氧消除缺氧刺激的循環，鹼中毒消除消除週期性呼吸，恢復正常睡眠。

尤其是中年男性，還有另一個導致呼吸暫停的風險，即間歇性上呼吸道阻塞，這是打鼾的常見原因。 雖然鼻道後部的間歇性阻塞通常只會在海平面引起惱人的噪音，但在高海拔地區，肺部的氧氣儲存量較小，這種阻塞可能導致動脈血氧壓力嚴重降低和睡眠不佳質量。

間歇曝光

有一些工作情況，特別是在南美洲的安第斯山脈，要求工人在海拔 3,000 至 4,000 米以上的地方工作幾天，然後在海平面的家中工作幾天。 特定的工作時間表（要在高海拔地區度過多少天，例如 14 到 XNUMX 天，以及在海平面度過多少天，例如 XNUMX 到 XNUMX 天）通常取決於工作場所的經濟狀況，而不是健康方面的考慮。 然而，在經濟學中要考慮的一個因素是適應和失去適應所需要的時間間隔。 應特別注意工人在到達時以及之後第一天或第二天的幸福感和工作表現，包括疲勞、執行常規和非常規功能所需的時間以及所犯的錯誤。 還應考慮盡量減少適應高原所需時間的策略，並改善醒著時的功能。

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