Живя на дне «воздушного океана», человек находится под действием окружающей его газовой среды. Эта связь осуществляется прежде всего через дыхание, благодаря которому организм получает кислород, необходимый клеткам для процессов окисления, дающих энергию, которая превращается ими в тот или иной вид работы. Известно, что в состоянии покоя легкие пропускают в минуту примерно 8 л воздуха. А при мышечной работе, спортивных состязаниях и различных перегрузках потребность в нем так сильно возрастает, что, например, бегун после финиша, изголодавшись по кислороду, вдыхает его в 15–20 раз больше, чем смотрящий на него зритель.
Так обстоит дело на уровне моря, где на каждый квадратный сантиметр атмосфера давит с силой 1,033 кг, что уравновешивается столбиком ртути высотой 760 мм. С подъемом в горы давление воздуха падает. На высоте 1000 м оно на 12 %, на 2000 м — на 22 %, на 3000 м — на 50 % ниже, чем на уровне моря.
Доля кислорода в воздухе на всех уровнях и высотах не меняется и составляет 21 %; таким образом, его давление с подъемом в горы уменьшается прямо пропорционально уменьшению общего давления воздуха. С ростом высоты понижается содержание кислорода в крови, что в свою очередь вызывает кислородное голодание тканей организма — гипоксию.
У ряда ученых существовало мнение, что влияние гор на человека связано именно с кислородным голоданием. Однако наблюдения над альпинистами, летчиками, а также постоянно проживающими на больших высотах горцами показали, что далеко не все физиологические действия своеобразной горной среды могут быть объяснены одной только гипоксией.
Совместные исследования врачей, физиологов, климатологов привели к выводам, что сдвиги, наблюдаемые в горах в организме человека, обусловлены всем комплексом свойственных им климатических процессов, которые неодинаково протекают на одних и тех же высотах в разных ландшафтных зонах земного шара на разных континентах. Известно, например, что в Альпах и на Кавказе горная болезнь обнаруживается на высоте 3000 м, в Тянь-Шане и Андах — 4000 м, а на Памире и в Гималаях — еще выше — 5000 м над уровнем моря.
С подъемом в горы изменяется не только давление и плотность кислорода, но и другие физические факторы окружающей среды. Прежде всего падает температура воздуха, а это приводит к изменению работы терморегуляторных механизмов в организме человека.
Один из покорителей Джомолунгмы, высочайшей вершины мира (высота — 8882 м), — Тенцинг Норгей, прозванный за смелость и выносливость «Тигром снегов», рассказывает, что, когда он вместе с другими участниками английской экспедиции 1953 г. шел на штурм этой величественной вершины Гималаев, лютый холод и резкий ветер особенно сильно мешали их восхождению.
Известно, что с понижением температуры уменьшается содержание в воздухе водяных паров. Поэтому с увеличением высоты растет сухость воздуха, так, например, на высоте 2000 м над уровнем моря она становится в 2 раза больше, чем на равнине. Недаром тот же «Тигр снегов» называет победную экспедицию на Джомолунгму 1953 г. «лимонадной»: ее участники все время испытывали жестокие мучения от жажды, связанной с практически полным отсутствием водяного пара в воздухе на высотах более 6000 м. Зная по опыту, что снег и лед только увеличивают жажду, восходители утоляли ее главным образом растопленным на примусе лимонадом, а также кофе, чаем, супом. (Входящий в лимонад лимонно-кислый натрий помогает уменьшить чрезмерную вентиляцию легких, кроме того, в лимонаде есть аскорбиновая кислота, потребность в которой повышается в горах.)
С меньшей толщей атмосферы в горах, чем на равнине, и большей сухостью чистого воздуха связано усиление приходящей от солнца радиации, особенно ультрафиолетовых лучей, оказывающих здесь наибольшее воздействие на человека, усиливая химические и биологические процессы в клетках. На значительных высотах приходится защищать сетчатку глаз темными очками от повреждений слишком сильным солнечным светом, а кожу от ожогов — плотной тканью.
Резкие изменения температуры, ветра и влажности в зависимости от времени суток и условий погоды, большая разница в теплоощущении (на солнце или в тени) еще не исчерпывают специфику гор.
Здесь действуют и повышенная ионизация воздуха, которая характеризуется преобладанием положительно заряженных ионов над отрицательными, а также частым изменением знака ионизации (с положительного на отрицательный и наоборот), что, по мнению некоторых исследователей, также служит причиной появления симптомов горной болезни.
Разработка вопросов, касающихся разнообразного влияния высоты на человека, стала особенно актуальной и значительно продвинулась вперед в связи с развитием авиации, космонавтики, альпинизма, а также с хозяйственным освоением богатых горных районов и необходимостью искать новые методы лечения тяжелых заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем, почек и нервных болезней.
Многие советские ученые, ведущие наблюдения над альпинистами и другими спортсменами в горах, пришли к выводу, что человек, находясь на больших высотах, способен приспосабливаться к недостатку кислорода в воздухе. Так, акклиматизировавшиеся в высокогорье или постоянно живущие там люди нормально чувствуют себя на высоте до 4500 м. Выше же 8000 м способны подниматься только горцы и особенно здоровые и хорошо тренированные к условиям таких мест спортсмены.
Вместе с воздухом человек вдыхает кислород. Но для того чтобы донести его до каждой клетки организма, необходимо, чтобы хорошо работали сердечно-сосудистая система, клетки крови и система кровотворения. Если же какое-либо из звеньев этой цепи действует недостаточно четко и быстро или выключилось совсем, ткани начинают недополучать кислород и голодать — наступает гипоксия. При этом ткани перестают правильно функционировать и появляются симптомы тяжелой горной болезни, которые могут привести к смертельному исходу. Особенно уязвим при кислородном голодании мозг. Он несет наибольшую нагрузку, регулируя работу всех остальных физиологических систем организма и потребляя при этом 25 % получаемого клетками тела кислорода. Острый недостаток его приводит, в частности, к психическим нарушениям, например к потере чувства опасности и реальной оценки обстановки. Эти болезненные явления вместе с понижением функции зрения и исчезновением болевых ощущений были причиной гибели многих замечательных летчиков, которые под действием гипоксии, теряя самоконтроль, поднимались на большую высоту, где условия окружающей среды непереносимы для человека.
Гипоксией люди страдают не только в горах, но и на равнине при таких болезнях, как пневмония, туберкулез легких, коклюш, астма, когда, как и на больших высотах, артериальная кровь недостаточно насыщается кислородом.
Как же организм приспосабливается к своеобразным условиям обитания в горах? Выяснено, что, попадая в необычные горные условия и стремясь защититься от гипоксии и других вредных факторов, организм пускает в ход имеющиеся резервы, перестраивая все привычные ритмы тела, чтобы, например, при малом количестве кислорода в воздухе захватить его как можно больше и в нужном количестве донести до клеток всех тканей и органов. Это достигается повышением частоты дыхания и сердечных сокращений, что увеличивает вентиляцию легких и скорость кровотока, а также усилением деятельности функций кроветворных органов. По мнению некоторых ученых, дополнительные количества крови усиленно поступают из селезенки, этой кладовой, где хранятся ее запасы.
Стимулируются и системы, участвующие в транспортировке крови к клеткам и от них — к сердцу и легким, расширяется сеть капилляров, по которым течет кровь, усиливается деятельность надпочечников. Напряженнее работают и клетки всего организма, обладающие огромными резервными «мощностями» по увеличению захвата кислорода и его утилизации.
При этих процессах в крови возрастает количество эритроцитов (красных кровяных телец), этих мельчавших двояко-вогнутых дисков. Такая форма позволяет им иметь предельно большую для их размеров поверхность, так что в сумме для одного организма она составляет 3 га. В эритроцитах содержится носитель кислорода — гемоглобин. Этот пигмент недаром заслужил название чудесного соединения и самого интересного вещества в мире. Дело в том, что кровь транспортирует некоторую меньшую часть кислорода в виде раствора и большую — в виде химического соединения за счет гемоглобина. Он обладает способностью присоединять кислород, отбирая его там, где его много, и отдавая там, где его мало, причем проделывает это легко и быстро.