高山症的發生原因

主要發生高山症的原因是因為氧氣不足,也就是缺氧所造成的一連串身體的不適反應。而造成這現象的根源問題則主要發生在環境與人體的相互作用反應無法適應所致。

血氧不足所造成高山症

大約在海平面附近的平地的空氣壓力大約為1個大氣壓,也就是​​760 mmHg的水銀柱壓力,在這樣的高度高度下我們人體可吸入的氧氣壓力為149 mmHg,通過肺部交換進入到我們血液中的動脈氧氣分壓為94 mmHg,如果是正常健康的人這時的血氧濃度應該是95%到99%左右。可是當我們很快地進入到海拔達3000米之時,這時大氣的壓力就降低到523 mmHg水銀柱,雖然氧氣的比例仍舊是佔空氣中的21%,可是因為氣壓稀薄成原的68%左右,導致在三毫米高度時的氧氣壓力減少到100 mmHg,而氧氣濃度則變成了約14.28%,這造成動脈的氧氣飽和度降到85%以下。試想當我們全身細胞所依賴的氧氣供應從原本的99%降低到85%整整少了約14%的濃度時,身體就會開始發出警訊和會進行緊急的調整,這些調整和警訊的結果就是高山症的發生原因。

無氧代謝下的缺氧高山症

我們身體細胞的運作以及生命的維持主要得食物,水,和氧氣這三大物質,當食物分解到最後成為葡萄糖分子之際,將被運送到身體各個細胞使用,這時細胞就以這三項物質進行所謂的有氧代謝作用,一個葡萄糖可生產38個能量單位(ATP)。但是若是沒有氧氣供應,細胞的有氧代謝循環就得被迫停止,從而轉變成所謂的無氧代謝循環,這時一個葡萄糖就只能生產2個能量ATP單位。這相差達19倍或36個的能量差異,將是許多疾病的開端源頭。更可怕的是,當突然又長期達幾天的時間中,身體都得只能得到少15%-20%的氧氣濃度時,轉化成身體的能量代謝之後,就會發現整個人的能量突然間少了2.85至3.8倍,這也是有人在高山上時會虛弱疲倦不堪,體力比平地明顯的差勁許多的高山症現象的根本原因!

高山症的第一症兆:頭痛

所謂【生命總會自己找尋出路】,在我們的體內也一樣!當身體整體少了3到4倍的總能量時,為了保護身體最重要的器官及試圖多嘗試更多的氧氣機會,在這緊急缺氧的時候,首先必須讓身體最重要的大腦和心臟保持一定的能量供應,同時也必須要求肺臟加快它的運作速度。於是大腦的血管急速的擴大,原本在血管和神經之間非常緊密這個現象雖然可以讓大腦保持應有的血氧供給,卻讓擴大的血管觸及和大腦的三叉神經,而產生強烈的頭痛問題,這也是許許多多的高山登山者及高原地區的遊客大部分人會遇上的第一件高山症的來龍去脈。

高山症產生的腦水腫

緊接著過大的血壓及血流在大腦內發生時,前面說過的血腦屏障正處以打開鬆脫的狀態下,水分很容易的就滲透到大腦內部,於是腦壓突然的就攀升飆高,於是這就讓原本緊密的大腦神經細胞受到壓迫,神經的傳遞開始不正常,腦核裡的腦下垂體分泌的賀爾蒙素也開始發生干擾,從而使形成昏迷,暈眩,嘔吐,及情緒低落或者沒有食慾的高原反應現象。

高山症產生的肺高壓

同時間,由於肺部需要加強作用於更多的氧氣進入血液,因此除了讓心臟加速跳動吃力的輸出血液到肺部之外,肺部的血管也將變得收縮以加強肺部血壓,並讓肺部微血管的通透性變大,這樣可讓血流速度增快增強,以使同一時間中獲得更多的血氧交換。只是這樣的反應讓水分大量的進入到肺部之中,於是形成了高山症初期常見的咳嗽,呼吸困難,喘息,多痰等高原反應現象。

高山症類型

根據國際調查統計,所有在旅遊時所發生的非外傷性疾病中,高山症排名第三,同時也是致死率最高的非外傷疾病,尤其是在高山活動或旅行時,最主要的安全問題也是高山症的發生。了解高山症發生原因及症狀,將可降低傷害。高山症可分為三大類:

急性高山症

急性高山症(AMS)或急性高原病,是一種較嚴重的嚴重的高山症候發生問題,通常發生於海拔高度超過2500公尺以上(約8000英尺)的地區,而且越往上高海拔高度人體缺氧問題越加嚴重,所發生的急性高山症的問題及機率也越來越大。

高山腦水腫

高山腦部缺氧之生理反應:

1.   增加腦部血管的通透性

2.增長腦部血管的壓力

3.發達腦部神經與血管間的滲透性 

4.腦部自由基增加

當生理反應持續擴大將會轉變成危及生命的高山腦水腫症,英文為高原腦水腫簡稱HACE。

高山肺水腫

高山肺水腫之生理反應:

1. 大幅度收縮肺血管

2.肺部血管壓力增大

3.肺部血管滲透性增強

4.肺泡清除體液能力減弱

當發生急性高山症的現象,但並沒有註意或治療,因此問題持續擴大。身體肺部內部裝載氣體的肺泡基本上沒辦法再擴大,造成肺部的小動脈及微血管只有以『加速』及『開放』規模技巧,以對付在高山缺氧的環境下快速發揮應盡責任。

高山症類型-急性高山症

急性高山症(Acute Mountain Sickness (AMS))

急性高山症Acute Mountain Sickness (AMS)或AcuteHigh Altitude Sickness,是一種較急性嚴重的高山症候發生問題,當人體處在高海拔高度超過2500公尺的環境下時,由於低壓〈Hypobaric〉及缺氧〈Hypoxia〉的高山特殊環境下,人體內將因細胞的急性缺氧而出現各種不適症狀的急性病理變化表現。它通常出現在海拔高度超過2500公尺以上(約8000英呎)的地區,而且越往上高海拔人體缺氧問題越加嚴重,所發生急性高山症的問題及機率也越來越大。

急性高山症的發生機轉:

由於人體能夠適應各種環境,但在適應的過程之中將會發生許多生理轉變的對策,尤其是當遇上這種轉變細胞致死的缺氧狀況,細胞僅因為有氧代謝停頓減少之外,即將因為總能量不足而產生並釋放出許多訊號,同時也將啟動無氧代謝,耗用更多的食物原料去生產小了18倍的生物能量ATP,這時將釋放大量的二氧化碳〈溶解到體內變成了重碳酸〉,以及乳品〈也就是大家都適合肌肉關節酸痛無力難當的肌酸〉等等,這連貫的基礎生化反應導引身體的高山症症狀,就在身體各器官中如火如荼的展開如下:

急性高山症的頭痛發生

這是最常發生的急性高山症初期症兆兆。根據研究統計大約85%的急性高山症患者在發作初期都會發生錯誤的症狀。急性的缺乏氧利用血液重新分配至重要器官如腦部及肺部,當腦血管初期因缺氧而使血管暴脹之際,將觸動三叉神經引發痛感及增加血管通透性而引發類發炎現象。由於此徵狀是缺氧的開始警訊,有些人常認為是感冒或一般性頭痛的問題而忽略了它的危險性,而只用頭痛藥,消炎藥〈如普拿疼,阿斯匹林等〉做消除症狀式的掩飾性治療,因此常讓許多人的登山者或遊客直接進入高山症腦水腫與高山症肺水腫的致命危險之中。

急性高山症的疲倦無力感發生:

對大部分的登山者而言,急性高山症的初期將有明顯的疲倦感發生,原本在山下時不管是背負裝備或攀升行走都能夠勝任的狀態,一旦進入高山地帶時,在同等距離或時間這是由於高山地區稀薄的氧氣分壓讓身體的能量比平地地區少了40-60%以上,加上登山活動不斷的消耗體能,在入不敷出的情況下下,將有助於體力透支。

更由於大量地進行無氧代謝作用以轉換能量,這讓過多的副產物─肌酸〈或乳酸〉堆積在肌肉內部,因此很快地就會發生疲倦感,酸痛感,以及休息過後的無力感!尤其是過多的疲勞疲倦和體力透支,將使登山者忽略了急性高山症所衍生的危險,極可能並發的傷害性高山症肺水腫高山症腦水腫問題,導致身體溫度失溫或昏迷等狀況,而提高山難的發生機率,登山者或山友不可不慎!

急性高山症的頭昏發生:

絕對是到高山旅遊的遊客或者是高山登山的山友來說,一旦高度超過了3000公尺以上,即使不發生錯誤問題,也將會發生頭昏甚至於意識模糊等淺昏迷情況。在頭昏的情況初期大部分是由於血液通過能量的重新分配,因為大腦部位的血管血流快速的增加,有點像高血壓的情況一樣,因為充血而發生頭脹脹的頭昏倒,這樣的問題並不嚴重,只是將成為高山症的頭痛的前兆現象罷了。

但是另一種型的頭昏現象,卻是因為缺氧的代償作用所產生的大量自由基,且細長的腦部發生輕微的水腫,壓迫到大腦皮質的問題。症腦水腫的前兆現象,如果不進行調整性的預防或適當的治療,嚴重者將發高山腦水腫症,然後將發生輕微到嚴重意識昏迷現象,包括昏厥,無方向感,語意不清,溝通困難,失憶等等。若再忽略之後將常常導致高山腦水腫症的病情加劇,甚至於威脅到生命危險。

急性高山症的噁心嘔吐發生:

遵循研究統計有約87%的急性高山症患者,在發作初期或中期都會發生不同程度的噁心什至於排斥吐的症狀發生。由於此徵狀和高山腦水腫症的初期發生症兆兆相似,因此不得不小心預防發生。這種噁心或嘔吐吐的情況,乃是因為我們身體因為缺氧時啟動大量的無氧代謝,這導致血液中產生大量的重碳酸及乳酸等等,這些身體中的殘留甚至是有毒的物質,將在位於我們大腦第四腦室的延展椎骨部位處產生堆積。

這將乾擾到原本已經平衡的腦髓液,由於在這延髓的神經區,血腦屏障是最鬆散的位置,一旦身體自發產生的有毒或血漿質素干擾離子的平衡後,將觸發神經受體讓身體強迫症的強迫性發生嘔吐以保護身體。像類型因為缺氧所造成的噁心或嘔吐感,在很多發生中例如癌症,心肌梗塞,腦中風等等也常見到。由於這類的急性高山症問題所產生的噁心嘔吐感,與高山症腦水腫所產生的情況類同,但嚴重的程度卻不同,登山者或遊客應該特別注意!

急性高山症的厭食發生:

許多人到高山或高原旅遊之期間,都會發生胃部發脹感,嚴重一點的人根本都不想吃東西,尤其是對登山者或進行高原高山地區活動的人,明明已經很累又消耗消耗對於這些在高山缺氧地區的人來說是相當危險的事,畢竟體內需要大量的食物原料來進行無氧代謝,尤其是為了適應高山上的低溫狀態,體內必須要燃燒更多量的靜電及能量。

這種情況的發生和前面所提的噁心嘔吐的高山症情況很相似,主要還是因為我們身體在缺氧時啟動大量的無氧代謝,這讓血液中產生大量的重碳酸及乳酸等補充甚至是有毒的物質,通過血液循環漸進堆積在我們大腦第四腦室中的延展部位,這些有毒廢物將乾擾到原本已經平衡的腦髓液,破壞血腦屏障中的神經離子平衡,這會人體物理胃部神經停止作用,造成體內蠕動停止,加上高山低氧的環境下,內部的疲勞氧具大量的活動作用,產生更多的發酵氣體進入腸胃之中,並且發生髮生髮脹及厭食的情況。

急性高山症的心跳加速發生:

幾乎所有進入高山高地區從事旅遊,工作或登山等活動的人,都會發生心跳過快的問題,雖然對一般健康的人而言,除非是長期在高山上活動或居住,否則這心臟速搏問題並不會造成健康的麻煩,但是這心臟跳過快對原先就已有心血管毛病的人〈如心臟衰竭,心肌梗塞,腦中風,二尖瓣膜症等等〉而言,卻可能造成原先的疾病更加嚴重,甚至有生命的危險威脅。

由於在高山缺氧的環境之下,人體內的有氧代謝大幅度的減少,導致能量得重新分配以保護重要器官,因此對於腦部及肺部等重要臟器,就得提供比平常更多20%到60%的血液供應,因此在這種生理的代償作用下,心臟就得比平地時多跳動至少10%到50%以上的速度來進行替換,透過快速流動血液中所攜帶的紅血球之頻率,以求得更多的氧氣補給。因此在高原地區進行登山旅遊及其他活動之際,除了心跳速度跳到90到120下每分鐘之外,呼吸的頻率也會異常的加快,常常有上氣不接下氣的狀況發生,在這種情況之下,除了很快地引發各類心臟疾病之外,各類的急性高山症問題也常將爆發。

急性高山症的焦躁失眠發生:

雖然很多到高原高山地區旅行的遊客或登山客在進入高山高原的第一,二天時,難免會認為是因為興奮而發生失眠的現象,但實際上卻是很多人在高山上甚至已經很累卻也無法入睡,同時在白天活動期間更會有輕到嚴重的焦躁不安感發生。由於這是高山症的主要症兆之一,雖然這種心理上的問題很難被發現,但是若讓這些麻煩持續的擴大下去,在高山地區將可能發生更嚴重的高山症問題,從而威脅到其他人。

這類在高山地區產生的焦躁不安及失眠難睡等等問題,實際上也是因為高海拔地區所造成的人體缺氧所導致的現象,最近的研究發現生活在高海拔地區的人,自殺率明顯的這是由於高原高山缺氧的環境下,第四腦室內的延腦區域的離子和酸鹼度已失去平衡,這將抑制我們體內的血清素分泌,以及血清素受體野將因此減少生成所導致。由於血清素的減少,導致我們將產生焦躁不安感,當然低量的血清素也同時導致控制生理時鐘的褪黑激素也一併減少分泌,於是白天昏沉沉沉,到了該睡時卻無法成眠的失眠問題,也經歷多次的海拔越嚴重。

急性高山症的適應與發生時間:

上面所討論的高山症早期症狀,通常在到達高海拔地區〈大於2500公尺〉後的6-12小時之內會開始出現,然後在登高煽惑高原地區後的第2天到3天最明顯。一般情況下將隨人體適應環境之後,大約在第5〜6天之間症狀會逐漸消失,但若繼續繼續攀登高山或上下高度急遽的情況時,則症狀會加劇,甚至嚴重惡化成高山腦水腫,高山肺水腫,影響生命安全。

高山症的發生因子之一:海拔高度

1. 環境氣壓下降與高山症關係

在高海拔的低氣壓的環境中,因為人體可以獲得的氧氣分壓較海平面為低,因此將使肺泡氣中的氧氣分壓下降,造成肺泡中的氧氣分壓與血液中氧氣分壓之間的壓力差下降,單位時間內肺泡擴散到毛細管的氧減少,造成動脈中氧分壓與血氧飽和度下降。

簡單一點來說,也就是海拔越高,空氣越稀薄。雖然氧氣在同一高度仍然同樣是占約21%,但是海拔越高氣壓卻照比例降低,於是在越稀薄的空氣中同樣比例的21%氧氣,當到達海拔4600公尺時,環境中的氧氣大概只有剩下平地的50%左右。

計算方式為:–與平地比較所可獲得的氧氣比例為:412/760=54%–高山上實際在空氣中所含的氧氣比例為:21% X 54%= 11.34%當然實際外部環境和人體所能獲得的氧氣比例就不是簡單的用比例計算而得的,而是經過研究量測之後統計所得,詳細資料可參考下表:

不同高度的氧氣分壓與血氧關係表(單位:毫米汞柱 mmHg)

高度 M                PB             PiO2             PaO2              PaCO2              SaO2 %

0                             760           149               94                   41                       97

1,500                     630            122               66                   39                      92

2,400                     564            108              60                   37                      89

3,000                    523             100              53                    36                     85

3,700                    483              91                52                    35                      83

4,600                    412              76                44                    32                      75

5,500                     379            69                 40                   29                      71

6,100                     349            63                 38                    21                      65

7,300                     280             52                34                    16                       50

備註:高度=公尺,PB=大氣壓力,PiO2=吸入氧氣分壓,PaO2=動脈氧氣分壓,PaCO2=動脈二氧化碳分壓,SaO2=動脈氧氣飽和度

由於大氣與肺泡中的『氧分壓』落差是隨著高度而縮小,影響肺泡中氧氣及二氧化碳兩種氣體的交換速率、紅血球結合氧氣能力,以及氧氣在組織中釋放的速度。因此,當身體組織中供氧不足產生缺氧,輕則引發高山症,若是突然的嚴重缺氧,則可能發生昏迷或引起更嚴重的高山症腦水腫,以及高山症肺水腫病變。

高山症狀在海拔2100m以上的任何高度都可能會發生,特別容易發生在海拔2750m以上,不過因人、因狀況而異,有些身體狀況較不好(心臟病、二尖瓣、長期慢性缺氧等),可能在1500-2000m就出現頭痛等上述不舒服之高山症症狀。

2.運動氣壓下降與高山症關係

正常情況下,人體在海平面運動時,動脈內的含氧量會微微的上升,以便供應回饋運動所需。但是,在高海拔的環境中進行運動、步行等消耗體能的事情,動脈內的氣壓反而會出現下降情況。

3. 睡眠氣壓下降與高山症關係

「睡得愈低,爬得愈高」,這也是高原登山的黃金法則之一,也就是攀爬高山或攻頂後,一定要下降到較低的海拔紮營過夜。這是因為在高海拔睡眠時,呼吸換氧能力在睡眠中會下降,因此晚上時低氧現象更明顯,更多的休息反而沒有效果。

高山症的發生因子之二:攀升速度

高山症的發生與攀爬上升的速率也有很大的關係,也就是爬得越快,越容易引發高山症。隨著高度的上升,活動量與體能消耗量越大,缺氧也會比較明顯。這是外在缺氧環境和內在人體狀況中的各項因素,對高山症發生的交替性關鍵因子。由於人體對環境具有很強的適應能力,因此當必要進入高山及高原地區時,只要依循著階段式的適應,將可以大幅度的降低高山症的發生及損傷。

攀升速度與高山症發生率的關係:

研究發現當進入3500公尺之後,每天再爬升的速度若能夠小於400-500公尺的話,高山肺水腫症的發作率將可以減少到7-60倍以上。以2011年對進入4550米的阿爾卑斯山的不同遊客或登山者的研究統計發現,分別以2-4天速度爬山的登山者,發生高山肺水腫症的比例小於0.8%,但是若是在22小時之內就登上山上者,發生高山肺水腫的比例將高達62%以上。

高山症的適應–攀升速度及高山症肺水腫發生率的關係,不同海拔的高山地區與攀升停留速度的高山症肺水腫發生率的關係。

對預防高山症再攀升速度的建議:

因此當登山者或遊客在海拔2500~3000公尺處時,應停留2到3天,讓生理功能先做適應。海拔更高如3000m以上的高山,爬升速度必須減慢,可以以每天400m的基準上升較為適當。