ทำไมยิ่งสูงจึงยิ่งเหนื่อย?

ภาพ 1 เมืองลาซา (Lhasa) ในทิเบต ที่ระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล 3,650 เมตร

ภาพ 2 Gorakshep, Sagarmatha National Park ในเนปาล (อยู่ใกล้กับ Everest Base Camp)
ที่ระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล 5,164 เมตร

การหายใจกับความดันอากาศ

   การหายใจเข้าและออกเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันอากาศในช่องอก ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อกะบังลมและกล้ามเนื้อระหว่างกระดูกซี่โครง โดยในขณะที่เราหายใจเข้า กล้ามเนื้อกะบังลมจะเคลื่อนต่ำลง กล้ามเนื้อระหว่างกระดูกซี่โครงแถบนอกหดตัว ทำให้กระดูกซี่โครงยกสูงขึ้น ส่งผลให้ปริมาตรในช่องอกเพิ่มขึ้น ความดันอากาศในช่องอกลดลงความดันอากาศรอบ ๆ ปอดต่ำกว่าความดันอากาศภายนอกอากาศภายนอกจึงเคลื่อนเข้าสู่ปอด ดังภาพ 3

   เมื่ออากาศเข้าสู่ปอดจะเกิดการแลกเปลี่ยนแก๊สที่บริเวณถุงลม ซึ่งการแพร่ของแก๊สออกซิเจน อาศัยความแตกต่างของความดันย่อยของออกซิเจนระหว่างถุงลมกับหลอดเลือดฝอยที่ล้อมรอบถุงลม โดยความดันย่อยของออกซิเจนในถุงลมมีค่าสูงกว่าในหลอดเลือดฝอย ออกซิเจนจึงแพร่จากถุงลมเข้าสู่หลอดเลือดฝอย และลำเลียงไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย

ภาพ 3 การหายใจเข้า

 ทำไมยิ่งสูงจึงยิ่งเหนื่อย เมื่อเราเดินทางไปยังสถานที่ที่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลมาก ความดันบรรยากาศลดลงความดันของออกซิเจนลดลง แต่ปอดของเรายังคงมีปริมาตรคงที่ ไม่ว่าเราจะเดินทางไปสถานที่ใดก็ตาม เราหายใจโดยได้รับปริมาตรของอากาศเท่าเดิม ดังนั้น ร่างกายจึงได้รับออกซิเจนน้อยลง เมื่อประสิทธิภาพในการหายใจลดลง พลังงานสำหรับทำกิจกรรมต่าง ๆ ในร่างกายอาจไม่เพียงพอ ทำให้เรารู้สึกเหนื่อยได้ง่าย

อาการป่วยจากการเดินทางไปที่สูง

   เมื่อนักท่องเที่ยวที่อาศัยอยู่ในที่ราบลุ่มเดินทางไปพื้นที่อยู่สูงเหนือระดับน้ำทะเลมากและในเวลาที่รวดเร็ว อาจมีอาการป่วย ที่เรียกว่า ALTITUDE SICKNESS จากการสำรวจพบว่า 75% ของนักท่องเที่ยวที่เดินทางไปพื้นที่ที่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลมากกว่า 2,500 เมตร จะแสดงอาการป่วยที่ไม่รุนแรง เช่น ปวดศีรษะ วิงเวียน คลื่นไส้ อ่อนเพลีย เบื่ออาหาร และหายใจลำบาก ซึ่งอาการจากการขาดออกซิเจนเหล่านี้จะค่อย ๆ ดีขึ้นเมื่อร่างกายมีการปรับให้คุ้นชินกับสภาพแวดล้อม ทั้งนี้หากเดินทางไปยังที่สูงมาก ๆ ในบางกรณีอาจมีอาการป่วยที่รุนแรง เช่น ปอดบวมน้ำ สมองบวม เห็นภาพหลอน หมดสติ หรืออาจถึงขั้นเสียชีวิตได้ ในการเดินทางจึงไม่ควรเดินทางขึ้นที่สูงเร็วเกินไป ควรวางแผนพักที่เมืองที่อยู่ต่ำกว่าก่อนเพื่อปรับตัว ในบางคนอาจใช้ถังอากาศเพื่อเพิ่มแก๊สออกซิเจน

การปรับให้คุ้นสภาพแวดล้อมในที่สูงของมนุษย์

   มนุษย์สามารถมีการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาเพื่อตอบสนองกับสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ที่เปลี่ยนแปลงไปได้ เช่น ระดับความสูง อุณหภูมิ และความชื้น การปรับร่างกายให้คุ้นสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปนี้เรียกว่า ACCLIMATIZATION ซึ่งจะเกิดขึ้นในระยะเวลาสั้น แตกต่างจากการปรับตัวทางวิวัฒนาการที่เรียกว่า ADAPTATION ที่อาศัยระยะเวลายาวนานเป็นหลายชั่วรุ่นของสิ่งมีชีวิต

   โดยมนุษย์มีการปรับให้คุ้นสภาพแวดล้อมเพื่อให้ทนต่อภาวะออกซิเจนน้อยในที่สูง เช่น มีการหายใจลึกและเร็วขึ้น อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มสูงขึ้น เพื่อให้สูบฉีดเลือดดีขึ้นและลำเลียงออกซิเจนได้มากขึ้น รวมทั้งเพิ่มปริมาณเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ช่วยในการขนส่งออกซิเจน ทั้งนี้การปรับให้คุ้นสภาพแวดล้อมของแต่ละบุคคลอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพร่างกาย

   ถ้าการเดินทางไปยังสถานที่ที่ตั้งอยู่สูงเหนือระดับน้ำทะเลมาก ๆ อาจส่งผลกับสภาพร่างกายของนักท่องเที่ยวได้ แล้วกลุ่มคนพื้นเมืองที่ตั้งรกรากอาศัยอยู่ที่สูงสามารถดำรงชีวิตได้อย่างไร?

   กลุ่มคนพื้นเมืองที่อาศัยอยู่ในพื้นที่สูงเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเบาบางอยู่ตลอดเวลา แต่สามารถดำรงชีวิตและทำกิจวัตรต่าง ๆ ได้ปกติ ผลการวิจัยพบว่า กลุ่มคนเหล่านี้มีการปรับตัวทางวิวัฒนาการให้มีสรีรวิทยาที่แตกต่างจากประชากรทั่วไปที่อยู่ในพื้นที่ต่ำ ซึ่งผลของการปรับตัวที่เกิดขึ้นสามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่นได้ จากการวิจัย (Beall, 2006) พบว่ากลุ่มคนพื้นเมืองที่อาศัยในที่สูงมีปริมาตรปอดสูง ซึ่งส่งผลให้ปริมาตรอากาศที่หายใจเข้าในแต่ละครั้งเพิ่มขึ้นและพื้นที่ผิวของถุงลมที่ใช้การแลกเปลี่ยนแก๊สเพิ่มชื้น นอกจากนี้ ยังพบว่ากลุ่มคนพื้นเมืองในที่สูงแต่ละพื้นที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาบางอย่างที่แตกต่างกัน เช่น กลุ่มคนพื้นเมืองที่เทือกเขาแอนดีส ในทวีปอเมริกาใต้ มีการปรับตัวด้วยการเพิ่มความสามารถในการลำเลียงออกซิเจนไปใช้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย โดยพบว่า มีจำนวนเซลล์เม็ดเลือดแดงและความเข้มข้นของฮีโมโกลบินสูงกว่าปกติ  ส่วนชาวทิเบตมีการปรับตัวให้หายใจเร็วและลึกขึ้น เพื่อนำอากาศเข้าสู่ร่างกายได้มากขึ้น อีกทั้งเส้นผ่าศูนย์กลางของหลอดเลือดเพิ่มขึ้น ช่วยให้มีการลำเลียงออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ภาพ 4 ชาวทิเบต

   นอกจากการศึกษาทางสรีรวิทยาแล้ว ยังมีงานวิจัย (Liang, et al. 2010) ศึกษาความแตกต่างทางพันธุกรรมของกลุ่มคนพื้นเมือง ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่สูงกับกลุ่มคนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ต่ำด้วย จากการศึกษาจีโนมของชาวทิเบตและชาวจีนฮั่นในปักกิ่ง พบว่าสองกลุ่มนี้มีข้อมูลทางพันธุกรรมแตกต่างกัน โดยพบมิวเทชันของยีนมากกว่า 30 มิวเทชันที่แพร่หลายในประชากรชาวทิเบต แต่พบจำนวนน้อยในประชากรชาวจีนซึ่งยีนเหล่านี้ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมออกซิเจนในร่างกาย โดยเฉพาะมิวเทชันของยีน EPAS1 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อภาวะพร่องออกซิเจนในร่างกาย โดยพบเกือบ 90 เปอร์เซ็นต์ในชาวทิเบตและพบเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ในชาวจีนฮั่น การปรับตัวทางพันธุกรรมนี้ ส่งผลให้ชาวทิเบตสามารถอาศัยอยู่ในพื้นที่สูงที่มีออกซิเจนเบาบางได้อย่างปกติ

   ร่างกายของเราต้องการออกซิเจนอย่างเพียงพอตลอดเวลา เพื่อใช้ในการสร้างพลังงานสำหรับทำกิจกรรมต่าง ๆ สถานที่ที่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลมากจะมีออกซิเจนเบาบาง ทำให้ผู้ที่เดินทางไปได้รับออกซิเจนไม่เพียงพอ เกิดอาการเหนื่อยล้าวิงเวียน ปวดศีรษะได้ ซึ่งเมื่อร่างกายได้ปรับให้คุ้นสภาพแวดล้อมนี้ อาการเหล่านี้ก็จะหายไป อย่างไรก็ดี มีกลุ่มคนอีกจำนวนมากที่อาศัยในพื้นที่สูงมาหลายชั่วรุ่น และมีการปรับตัวทางวิวัฒนาการ สรีรวิทยา และพันธุกรรมแตกต่างออกไป และเหมาะต่อการเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเบาบาง

แหล่งที่มา

https://www.scimath.org/article-biology/item/12882-2023-02-10-08-08-38

เผยแพร่ : นายปฏิภาณ นามแก้ว
(เจ้าหน้าที่พัฒนาเว็บไซต์และประสานงานโครงการ)
สํานักงานปลัดกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม
กองระบบและบริหารข้อมูลเชิงยุทธศาสตร์การอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (กรข.)
กลุ่มพัฒนาระบบสารสนเทศ (พร.)

Social Media
Facebook : stkcsociety
Youtube channel : STKC Society 
Tiktok : stkcsociety
Twitter : stkcsociety
instagram : stkcsociety