Gli effetti dell'alta quota sull'organismo

Premesse sugli effetti dell’alta quota sull’organismo umano

Durante le ascensioni in montagna ed i voli in quota l’organismo umano viene sottoposto agli effetti della diminuzione della pressione barometrica e conseguentemente agli effetti della diminuzione della pressione parziale dell’ossigeno (PO2).

La diminuita pressione parziale di O2 nell’aria inspirata determina una diminuzione del PO2 alveolare e pertanto del PO2 sanguigno che trovasi in equilibrio di tensione con il PO2 alveolare: conseguentemente a livello dei tessuti si ha una anossia del tipo anossico (da distinguersi da altri tipi di anossia, quali l’anossia stagnante, l’anossia anemica, l’anossia istotossica, l’anossia tissutale, ecc., generantisi in altre circostanze e con meccanismi fisiopatologici diversi).

Gli effetti dell’ipossia ipossica e della depressione barometrica “in toto” sono vari e si riflettono su tutte le funzioni organiche: essi e le reazioni che suscitano costituiscono quella sindrome che si vuol denominare “mal delle altitudini” o “male di montagna” o “ipobaropatia”.

Effetti della diminuzione della pressione parziale di O2

L’effetto più importante dell’alta quota è costituito dalla diminuzione della pressione parziale dell’O2 a livello dei tessuti organici, ove l’ossigeno stesso giunge essendovi trasportato per mezzo del sangue e precisamente legato all’emoglobina contenuta nei globuli rossi.
Nel sangue a sua volta l’ossigeno arriva attraverso i polmoni; l’aria che noi respiriamo infatti, una volta arrivata negli alveoli polmonari, attraverso la parete semipermeabile di questi cede direttamente l’ossigeno al sangue, che lo trasporta poi –legato all’emoglobina in forma di ossigenoglobina, come si è detto – ai tessuti periferici.

Tale passaggio di O2 dai polmoni al sangue è funzione della differenza esistente fra la pressione dell’ossigeno contenuto negli alveoli polmonari (100 mmHg) e quella dell’ossigeno contenuto ne sangue che irrora i polmoni (40 mmHg). Questo salto di pressione, che quindi al livello del mare è di 60 mmHg, è sufficiente ad assicurare il passaggio dai polmoni nel sangue (e successivamente dal sangue ai tessuti, ove la pressione parziale dell’ O2 è ancora più bassa); ed è sufficiente quindi ad assicurare una adeguata ossigenazione del sangue e dei vari tessuti.

Salendo in quota diminuisce la pressione barometrica, la quale – essendo l’aria un miscuglio di azoto (79,04%=600 mmHg), ossigeno (20,93%=160 mmHg), anidride carbonica (0,03%=0,21 mmHg) ed altri gas rari – è la somma delle pressioni parziali di questi singoli gas.
Diminuendo quindi con la quota la pressione barometrica totale, diminuisce anche proporzionalmente la pressione parziale dell’ossigeno dell’aria inspirata e quindi dell’ossigeno alveolare, diminuisce quindi la diffusione dell’O2 dagli alveoli nel sangue, ed in ultima analisi diminuisce la ematosi del sangue e dei tessuti.

Effetti dell’ipossia ipobarica sull’organismo umano

La sofferenza dei tessuti poco ossigenati, dovuta all’anossia anossica, inizia approssimativamente alla quota di 3000 metri, quota alla quale però l’organismo umano comincia ad estrinsecare – per difendersi dagli effetti atossici - alcune reazioni compensatorie aventi lo scopo di aumentare la già diminuita pressione parziale dell’ossigeno e migliorare le proprie condizioni di ossigenazione. Osservando la “curva di dissociazione del sangue per l’O2” possiamo notare che fino ad un valore di PO2 alveolare di 60 mmHg la saturazione dell’emoglobina non diminuisce in maniera notevole; invece dal valore di PO2 = 60 mmHg in giù la saturazione dell’Hb con l’O2 diminuisce in maniera sempre più considerevole.
La PO2 = 60 mmHg si ha quando l’organismo trovasi generalmente ad un quota di circa 3000 metri, e cioè quando si è sottoposti ad una pressione barometrica equivalente a circa 500 mmHg. E’ verso questa quota appunto che iniziano le manifestazioni fisiologiche provocate dall’anossia anossica a carico degli apparati respiratorio e cardiocircolatorio e del sangue.

Effetti dell’ipossia ipobarica sull’apparato respiratorio

A questa altezza si osserva infatti il primo importante fenomeno: l’aumento della ventilazione polmonare, che si compie con il duplice meccanismo dell’aumento della profondità e della frequenza degli atti respiratori. Tale aumento diventa man mano tanto più notevole quanto più aumenta la quota fino al livello massimo di aumento della ventilazione polmonare all’altezza di 7000-7500 metri sul l/m, pari ad una pressione barometrica di 300-280 mmHg alla quale il PO2 ambiente è di 55-50 mmHg. Oltre tale quota la ventilazione polmonare incomincia a diminuire più o meno rapidamente.
L’aumento della ventilazione polmonare con la conseguente aumentata eliminazione di CO2 provoca una diminuzione del PCO2 alveolare, cui consegue a sua volta un aumento del PO2 alveolare e quindi del PO2 nel sangue. Dati sperimentali hanno dimostrato che una maggiore resistenza all’alta quota si ha in quegli individui che hanno un maggior aumento della ventilazione polmonare.

Effetti dell’ipossia ipobarica sul sistema cardiovascolare

In alta quota alla diminuita pressione dei gas respiratori che si ripercuote in un minor trasporto di O2 nel sangue e per conseguenza in una notevole riduzione del coefficiente di utilizzazione dell’O2 da parte dei tessuti, l’organismo reagisce oltre che con l’aumento della ventilazione polmonare anche con una maggiore attività dell’apparato cardiovascolare.

Le più importanti variazioni fisiologiche al riguardo concernono la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa e venosa, la portata cardiaca nonché il tono ed il calibro dei vasi sanguigni.
Aumenta innanzitutto la frequenza cardiaca, che da 70-80 pulsazioni al minuto può raggiungere le 100-120 e più pulsazioni. L’aumento ha inizio attorno ai 3000 metri quota (circa 500 mmHg) o quando il valore dell’ O2 inspirato corrisponda al 14 %circa; l’aumento è massimo verso la quota di 7-8000 metri (308-267 mmHg) e cioè la fase che precede la perdita di coscienza ed il collasso, momento in cui si ha un rapido progressivo abbassamento del numero delle battute cardiache fino all’arresto cardiaco.

Durante l’esposizione alle alte quote aumenta ache la pressione arteriosa, soprattutto la massima (mentre la minima presenta in genere scarse variazioni). L’inizio dell’aumento della pressione arteriosa sistolica si ha quando il PO2 alveolare è di circa 47 mmHg, cioè quando si sia raggiunta una quota di circa 4500 metri o quando si inspiri una miscela contenente circa il 12,30% di O2.
Da questa quota in su la pressione arteriosa massima tende sempre ad aumentare (passando nell’individuo giovane da valori di 125-130 mmHg a valori di 145-150 mmHg ed oltre) fino al momento che precede il collasso, in cui oltre alla scomparsa del polso si nota anche una notevole diminuzione dei valori pressori arteriosi.

Le variazioni elettrocardiografiche da ipossia sono state studiate sperimentalmente da numerosi autori sugli animali e sull’uomo. Da tali ricerche è risultato che il tracciato ecgrafico si modifica più o meno notevolmente a seconda dell’altezza raggiunta dai soggetti, cioè secondo il grado di severità della anossia. In linea generale le alterazioni elettrocardiografiche più frequentemente riscontrate sono le seguenti:

• aumento di voltaggio e di durata dell’onda P
• allungamento del tratto Q-T
• diminuzione di voltaggio del QRS
• livellamento del tratto S-T
• depressione dell’onda T fino all’appiattimento e talora alla negativizzazione (talora comparsa di un’onda monobasica).
  
  

Effetti dell’ipossia ipobarica sul sangue periferico

Le suddescritte variazioni funzionali a carico degli apparati respiratorio o cardiovascolare, uno degli effetti più costanti provocati dall’anossia anossica è l’aumento del numero dei globuli rossi nel sangue circolante. Questo fenomeno inizia generalmente quando il PO2 alveolare si abbassa ad un valore di 60-50 mmHg (3000 metri) e diventa sempre più notevole con il diminuire dei valori del PO2 alveolare e sanguigno. Contemporaneamente e parallelamente all’aumento del numero dei globuli rossi, che da valori medi di 5 milioni per mm3 di sangue a livello del mare possono arrivare fino a 8 milioni per mm3 a 7000 metri di altezza, aumenta anche il contenuto percentuale di emoglobina nel sangue che cresce da valori del 15% al 25-30%.
In quanto alle cause che provocano questa iperglobulia da alta quota, molti autori ritengono che essa possa dipendere da una aumentata immissione in circolo di globuli rossi provenienti da vari depositi di sangue dell’organismo, quali il midollo osseo e i capillari, specie della pelle e dei muscoli, temporaneamente chiusi al circolo; vi è cioè una vera e propria mobilizzazione di eritrociti già maturi, che viene effettuata principalmente dalla milza la quale, contraendosi ripetutamente, spreme nel torrente circolatorio globuli rossi aventi una elevata concentrazione di emoglobina e perciò una più alta capacità per l’O2.

Queste variazioni della composizione del sangue provocano, attraverso l’aumento del contenuto percentuale e della concentrazione dell’emoglobina cui si lega l’ossigeno, un aumento compensatorio della quantità volumetrica di O2 trasportato dal sangue ai tessuti ed aumentano quindi – insieme a tutti gli altri meccanismi riportati prima- la resistenza dell’organismo all’anossia anossica.
Le suddescritte variazioni funzionali del respiro, dell’attività cardiovascolare e le modificazioni del sangue periferico sono quindi sufficienti a mantenere le funzioni organiche ad un livello compatibile con la vita fino alla quota limite approssimativa di 7000 metri.
A questa quota, sempre se non si respira ossigeno puro, si instaurano fenomeni così gravi che conducono ben presto al collasso e quindi alla morte: il respiro diventa irregolare, il battito cardiaco aritmico e la frequenza cardiaca, la gittata sistolica, la pressione arteriosa cadono; si va quindi rapidamente verso il collasso circolatorio, si stende un velo nero sulla vista ed infine si perde la coscienza.

Sintomatologia clinica del “mal d’altezza”

I sintomi del “mal d’altezza” all’inizio sono lievi e generalmente non vengono apprezzati dal soggetto nel loro giusto valore.

Il primo ad essere alterato è il tono affettivo; l’aviatore avverte talora una sensazione di sonnolenza, di depressione dell’umore, talora invece un senso di benessere e di euforia (paragonabile in parte all’ebrezza alcolica), che lo porta a sottovalutare gli elementi della situazione reale con i suoi pericoli sopravvalutando nel contempo se stesso e le proprie possibilità reali, il che lo spinge spesso ad atti incontrollati ed inopportuni; quella nota sensazione interiore di pericolosità, di cui ogni pilota è più o meno subcoscientemente pervaso durante il volo e che si accentua in condizioni di emergenza, scompare del tutto sotto gli effetti dell’anossia.

Il soggetto è portato a compiere manovre che, non essendo adeguatamente controllate e vigilate dalla coscienza, si tramutano spesso in operazioni difettose od errate. A quelli descritti possono associarsi altri disturbi psichici: l’attenzione non è più vigile e non riesce a concentrarsi di quel tanto che è necessario per il governo del velivolo. Anche gli errori di giudizio sono frequenti, quali quelli per esempio che sogliono verificarsi negli osservatori o nei fotografi, ai quali capita talora di eseguire varie serie di fotografie ad uno stesso obiettivo giudicando essere quest’ultimo un obbiettivo sempre diverso. Anche la volontà è inceppata e v’è difficoltà ad eseguire manovre e calcoli necessari per il controllo del velivolo.

Altre sensazioni avvertite subiettivamente sono: una certa difficoltà nella respirazione e bisogno di eseguire profondi atti respiratori, e successivamente respiri profondi intervallati da lunghe pause respiratorie; pulsazioni alle tempia, senso di costrizione alla gola e tonfi alla regione cardiaca; piccoli crampi e scosse muscolari; sensazione di freddo alle estremità e sudorazione fredda; rumori e fischi nelle orecchie; restringimento del campo visivo ed infine oscuramento della vista con un velo nero che cala davanti agli occhi.

Se in questo stadio il pilota ha la prontezza e la forza di scendere rapidamente a quota più bassa, è possibile che egli si riprenda; ma se, come talora avviene, non si rende conto delle sue gravi condizioni e rimane alla quota raggiunta o, peggio, continua a salire, fatalmente perderà coscienza con le inevitabili tragiche conseguenze.

Per prevenire i disturbi del mal d’altezza e raggiungere quote più elevate, è necessaria quindi la inalazione di ossigeno, la quale aumentando la pressione parziale di O2 nei polmoni, ne facilita il passaggio nel sangue ed assicura quindi la normale ossigenazione dei tessuti.