高地が人間に与える影響

高地が人間に与える影響は、主に大気中の酸素分圧の低下によるものです。高地の直接的な結果として生じる医学的問題は、大気圧の低下によって吸入酸素分圧が低下することと、人間が生存できる範囲では大気中の酸素ガス分率が一定であることが原因で発生します。^[1]高度によるもう 1 つの大きな影響は、周囲温度の低下です。

ヘモグロビンの酸素飽和度によって、血液中の酸素含有量が決まります。人体が海抜約2,100メートル（6,900フィート）に達すると、酸素ヘモグロビンの飽和度は急速に低下し始めます。^[2]しかし、人体には高度に対する短期的および長期的な適応があり、酸素不足を部分的に補うことができます。適応のレベルには限界があり、登山家は8,000メートル（26,000フィート）以上の高度をデスゾーンと呼び、一般的に人体はそこには順応できないと考えられています。^{[3] [4] [5] [6]}極端な高度では、周囲の圧力が体温の水の蒸気圧を下回ることがありますが、そのような高度では、常圧の純酸素でさえ人間の生命を維持できず、圧力服が必要になります。高高度の低圧への急激な減圧は、高山減圧症を引き起こす可能性があります。

高地に対する生理学的反応には、過換気、赤血球増加症、筋肉の毛細血管密度の増加、低酸素性肺血管収縮（細胞内酸化酵素の増加）などがあります。細胞レベルでは低酸素症に対してさまざまな反応があり、低酸素症誘導因子（HIF）の発見によって示されています。HIFは、酸素欠乏に対する体の一般的な反応を決定します。高地での生理学的機能は正常ではなく、登山や航空事故に関係している神経心理学的機能の障害を示す証拠もあります。^[1]高地環境の影響を緩和する方法には、呼吸する空気の酸素濃縮や閉鎖環境での圧力の上昇などがあります。^[1]高地のその他の影響には、凍傷、低体温症、日焼け、脱水症などがあります。

チベット人とアンデス人は、比較的高地によく適応している2つのグループですが、顕著に異なる表現型を示しています。^[1]

人体は海面^[7]で最もよく機能することができ、大気圧は101,325 Paまたは1013.25ミリバール（定義上は1 atm ）です。海面の空気中の酸素濃度（O ₂ ）は20.9%なので、 O _2の部分圧（pO _{2 ）は21.136キロパスカル（158.53 mmHg）です。健康な人の場合、これで}赤血球内の酸素結合赤色色素であるヘモグロビンが飽和します。^[8]

大気圧は気圧法則に従って高度とともに低下しますが、酸素_分率は約100 km（62 mi）まで一定のままであるため、pO _{2 も}高度とともに低下します。エベレストベースキャンプの標高5,000 m（16,000 ft）では海面レベルの値の約半分になり、エベレスト山頂の標高8,848 m（29,029 ft）では3分の1になります。^[9] pO ₂が低下すると、身体は高度順応で反応します。^[10]

国際山岳医学会は、大気中の酸素量の低下を反映する3つの高度地域を認識しています。^[11]

• 高高度 = 1,500～3,500メートル（4,900～11,500フィート）
• 非常に高い高度 = 3,500～5,500メートル（11,500～18,000フィート）
• 高度 = 5,500 メートル (18,000 フィート) 以上

これらの高度地域への旅行は、急性高山病の軽い症状から、致命的となる可能性のある高地肺水腫（HAPE）や高地脳浮腫（HACE）まで、医学的な問題を引き起こす可能性があります。高度が高いほど、リスクは高くなります。^[12]遠征医は通常、現場でこれらの症状を治療するためにデキサメタゾンを備蓄しています。 ^[13]研究では、5,500メートル（18,045フィート）を超える高度に登る人は永久的な脳損傷のリスクが高くなることが示されている。^[14]

急性高山病を発症する人は、塩分と水分の代謝を調節する体液バランスホルモンの変化によって症状が現れる前に特定できる場合があります。高山病の素因を持つ人は、呼吸器症状が現れる前から尿の生成量が減少することがあります。 ^[15]

人類は標高5,950メートル（19,520フィート、大気圧475ミリバール）で2年間生存しており、これは記録上永久的に生存可能な最高高度である。知られている最も高い恒久的な居住地であるラ・リンコナダは標高5,100メートル（16,700フィート）にある。^[16]

標高7,500メートル（24,600フィート、383ミリバール）を超えると、睡眠が非常に困難になり、食物の消化がほぼ不可能になり、HAPEまたはHACEのリスクが大幅に増加します。^{[12] [17] [18]}

登山におけるデスゾーン（元々は致死地帯）は、1953年にスイスの医師で登山家のエドゥアール・ウィス・デュナンによって初めて考案されました。 ^[19]これは、一定以上の高度では人間の生命を長時間維持するのに十分な酸素がなくなることを指します。この地点は通常、8,000メートル（26,000フィート、大気圧356ミリバール未満）とされています。 ^[20] 8,000メートルを超えるデスゾーンにある14の山頂はすべてエイトサウザンダーと呼ばれ、ヒマラヤ山脈とカラコルム山脈 にあります。

高所登山での死亡事故の多くは、デスゾーンの影響によるもので、直接的には生命維持機能の喪失、間接的にはストレスや体力の低下による誤った判断が事故につながることで引き起こされています。デスゾーンでは、人体は順応できません。酸素補給なしでデスゾーンに長時間滞在すると、身体機能の低下、意識喪失、そして最終的には死に至ります。^{[3] [4] [5]}

高度19,000メートル（63,000フィート）では、大気圧が十分に低く、水は人体の常温で沸騰します。この高度はアームストロング限界として知られています。この限界以下の圧力にさらされると、60～90秒以内に圧力が回復しない限り、急速な意識喪失、続いて心血管系および神経系の機能の一連の変化、そして最終的には死に至ります。^[21]

アームストロング限界以下でも、気圧の急激な低下により静脈気泡や減圧症を引き起こす可能性があります。海面気圧から高度5,500メートル（18,000フィート）の気圧への急激な変化は、高度誘発性減圧症を引き起こす可能性があります。^[22]

人体は短期的および長期的な順応を通じて高所に適応することができる。高所では短期的には頸動脈小体によって酸素不足が感知され、呼吸の深さと速度が増加する（過呼吸）。しかし、過呼吸は呼吸性アルカローシスという悪影響も引き起こし、呼吸中枢が必要なだけ呼吸速度を高めることを阻害する。呼吸速度を上げることができないのは、頸動脈小体の反応が不十分であったり、肺疾患や腎臓疾患が原因である可能性がある。^{[2] [23]}

さらに、高地では心拍が速くなり、拍出量がわずかに減少します。^[24]また、必須ではない身体機能が抑制され、食物の消化効率が低下します（身体が心肺予備力を高めるために消化器系を抑制するため）。 ^[25]

完全な順応には数日から数週間かかります。徐々に、身体は腎臓からの重炭酸塩の排泄によって呼吸性アルカローシスを補い、アルカローシスのリスクなしに十分な呼吸で酸素を供給できるようになります。これはどの高度でも約4日かかり、アセタゾラミドなどの薬剤によって促進できます。^[23]最終的に、身体は、乳酸産生の低下（グルコース分解の減少によって形成される乳酸の量が減少するため）、血漿量の減少、ヘマトクリット値の上昇（赤血球増多症）、赤血球量の増加、骨格筋組織の毛細血管の集中、ミオグロビンの増加、ミトコンドリアの増加、好気性酵素濃度の上昇、2,3-BPGの増加、低酸素性肺血管収縮、右室肥大などの生理学的変化を経験します。^{[2] [26]}より多くの血液に酸素を取り込もうとするため、肺動脈圧が上昇します。

高地への完全な血液学的適応は、赤血球の増加がプラトーに達して停止したときに達成されます。完全な血液学的適応の長さは、高度（キロメートル）に11.4日を掛けることで概算できます。たとえば、高度4,000メートル（13,000フィート）に適応するには45.6日かかります。^[27]この直線関係の高度の上限は完全には確立されていません。^{[6] [16]}

たとえ順応したとしても、高地に長期間さらされると妊娠に影響を及ぼし、子宮内発育遅延や妊娠中毒症を引き起こす可能性がある。^[28]高地では、順応した女性であっても胎盤への血流が減少し、胎児の成長が妨げられる。 ^[28]その結果、高地で生まれた子どもは、海抜ゼロメートル地帯で生まれた子どもよりも平均して身長が低く生まれることが分かっている。^[29]

標高2,500メートル（8,200フィート）以上の場所には、8,160万人が住んでいると推定されています。^{[30]アジアの}チベット、アメリカ大陸のアンデス山脈、アフリカのエチオピア の高地の人口グループで遺伝的変化が検出されています。 ^[31]この適応は、遺伝性の行動および遺伝的変化に関連する、高地環境への不可逆的で長期的な生理学的反応を意味します。これらの地域の先住民は、世界の最も高い場所で繁栄しています。これらの人々は、一般的な低地の人々と比較すると、特に酸素呼吸と血液循環の調節システムにおいて、広範囲にわたる生理学的および遺伝的変化を経験しています。 ^{[32] [33]}

順応した新参者と比較すると、アンデスやヒマラヤの先住民は出生時の酸素化がよく、生涯を通じて肺容量が大きく、運動能力が高い。^[1]チベット人は脳血流の持続的な増加、安静時換気量の増加、ヘモグロビン濃度の低下（標高4000メートル以下）を示し、^[34]慢性高山病（CMS）に対する感受性が低い。^{[1] [35]}アンデス人は同様の適応群を有しているが、ヘモグロビン濃度が高く、安静時換気量は正常である。^[36]これらの適応は、これらの地域での高地居住の歴史が長いことを反映している可能性がある。^{[37] [38]}

標高の高い場所に住む人では、心血管疾患による死亡率が低いことが観察されている。 ^[39]同様に、米国では、標高の上昇と肥満率の減少の間には用量反応関係が存在する。 ^[40]これは移住だけでは説明できない。^[41] 一方、米国では、標高の高い場所に住む人々の自殺率も高い。 ^[42]研究者が年齢、性別、人種、収入などの既知の自殺リスク要因をコントロールした場合でも、標高と自殺リスクの相関関係が存在した。研究では、睡眠時無呼吸症の人や高地でのヘビースモーカーの高地での気分障害の増加の兆候が見られないことを考慮すると、酸素レベルが要因である可能性は低いことも示されている。自殺リスクが増加する原因はまだわかっていない。^[42]

緩和策としては、酸素補給、居住空間や環境保護服の加圧、あるいはその両方の組み合わせなどが考えられる。いずれの場合も、呼吸ガス中の酸素分圧の上昇が重要な影響となる。^[1]

高所の室内空気は、許容できない火災の危険性を生じさせることなく酸素を豊富に含むことができる。高度8000メートルでは、酸素分圧の点で同等の高度を4000メートル以下に下げても、通常の海面大気の火災の危険性を超えることはない。実際には、酸素濃縮器を使用してこれを行うことができる。^[43]

周囲の空気温度は高度の影響を受けることが予想され、これは高地にいる人々に生理的な影響も与えます。温度の影響とその緩和は、他の原因による温度の影響と本質的に異なるものではありませんが、温度と圧力の影響は累積します。

大気の温度は減率によって低下しますが、これは主に対流と、圧力の低下に伴う空気の断熱膨張によって引き起こされます。^[44]エベレスト山頂では、夏の平均気温は−19℃（−2℉）、冬の平均気温は−36℃（−33℉）です。^[45]このような低温では、凍傷や低体温症が人間にとって危険になります。凍傷は、極度の低温にさらされたときに起こる皮膚の 損傷で、皮膚やその他の組織が凍結し、 ^[46]指、つま先、鼻、耳、頬、あごの領域によく見られます。^{[47]低体温症は、人間の体}幹温度が35.0 ℃（95.0℉）未満になることと定義されています。 ^{[48]症状は、}震えや精神錯乱から^[49]幻覚や心停止まで多岐にわたります。^[48]

寒冷障害に加えて、冷たい空気を吸い込むと脱水症状を引き起こす可能性があります。これは、空気が体温まで温められ、体内の水分で湿っているためです。^[15]

また、大気が薄くなることで紫外線が遮られる量が減るため、日焼けのリスクも高まります。[ ^{50] [51]} UVAの量は、高度が1,000メートル（3,300フィート）上がるごとに約9％増加します。^[52]日焼けの症状には、触ると熱い、または痛みを伴う赤いまたは赤みがかった皮膚、全身の倦怠感、軽いめまいなどがあります。その他の症状には、水疱、皮膚の剥離、腫れ、かゆみ、吐き気など があります。

アスリートにとって、高地はパフォーマンスに2つの矛盾した影響を及ぼします。爆発的な競技（400メートルまでの短距離走、走り幅跳び、三段跳び）では、気圧の低下は大気からの抵抗が少ないことを意味し、アスリートのパフォーマンスは一般的に高地で向上します。^[53]持久力競技（800メートル以上のレース）の場合、主な影響は酸素の減少であり、これは一般的に高地でのアスリートのパフォーマンスを低下させます。^{[54]この低下を測定する1つの方法は、激しい運動中に個人が}_酸素を利用する最大能力の測定値であるVO ₂ maxを監視することです。順応していない個人の場合、VO ₂ maxは中程度の高度で大幅に低下し始め、1,500メートルから始まり、1,000メートルごとに8〜11％低下します。^[55]

スポーツ団体は、高度がパフォーマンスに与える影響を認識しています。たとえば、陸上競技の統括団体である世界陸上競技連盟は、 1,000 メートルを超える高度で達成されたパフォーマンスは世界記録として承認されるが、高度で記録されたことを示すために「A」の表記が付くと規定しています。

1968 年夏季オリンピックはメキシコシティの高地で開催されました。短距離走と跳躍のほとんどの世界記録はここで破られました。オリンピックを見据えて、他の記録も高地で樹立されました。ボブ・ビーモンの走り幅跳びの記録は23 年近く保持され、高地や風の助けなしに破られたのは 1 度だけです。メキシコシティで樹立された他の多くの記録は、後に高地で樹立された記録によって破られました。

1988年から1996年まで、そして2004年にも、イタリアのセストリエーレでエリート陸上競技大会が毎年開催された。短距離走や跳躍競技では標高が高いという利点があり、スポンサーのフェラーリがボーナスとして車を提供したこともあり、世界記録樹立の期待が持たれていた。^{[56] [57]} 1994年にセルゲイ・ブブカが男子棒高跳びで記録を樹立した。 ^[57]男子・女子の走り幅跳びの記録も破られたが、風の助けもあった。^[58]

アスリートは、高地順応を利用してパフォーマンスを向上させることもできます。^[10]身体が高地に対応するのに役立つのと同じ変化が、海面に戻ったときにパフォーマンスを向上させます。ただし、常にそうであるとは限りません。アスリートは通常、海面に比べて高地ではそれほど激しい運動ができないため、順応によるプラスの効果は、トレーニング効果の低下によって打ち消される可能性があります。^[59]

この難問から、「Live-High, Train-Low」として知られる高地トレーニング法が開発されました。これは、アスリートが1日のうち何時間も（高地で）休息と睡眠をとりながら、トレーニングの大部分、場合によってはすべてを別の（低地で）行うというものです。1990年代後半にユタ州で行われた一連の研究では、数週間にわたってこのようなプロトコルに従ったアスリートのパフォーマンスが大幅に向上したことが示されました。^{[59] [60]} 2006年の別の研究では、海抜0メートルのところで生活しながら、高地でいくつかの運動セッションを行うだけでパフォーマンスが向上することが示されました。^[61]

高地トレーニングによるパフォーマンス向上効果は、赤血球数の増加^[62] 、より効率的なトレーニング^[63] 、または筋肉生理学の変化によるものと考えられる。^{[64] [65]}

2007年、FIFAは海抜2,500メートル以上の高地で行われる国際サッカー試合の開催を一時的に禁止し、ボリビア、コロンビア、エクアドルの首都を含む一部のスタジアムでワールドカップ予選を開催することを事実上禁止した。 ^[66] FIFAの執行委員会は、その裁定の中で、標高に順応した地元チームが不当な優位性を持っていると彼らが考える点を具体的に挙げた。この禁止は2008年に撤回された。^[66]

• Nosek, Thomas M. 「セクション 4/4ch7/s4ch7_32」。人間生理学の基礎。2016 年 3 月 24 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• IPPA、高地病理学研究所。