Влияние на человека высокого атмосферного давления: Влияет ли атмосферное давление на сон человека? | 59.ru

Содержание

Врачи советуют метеозависимым людям в период высокого атмосферного давления высыпаться и избегать стресса — Агентство городских новостей «Москва»

Врачи советуют метеозависимым людям в период высокого атмосферного давления высыпаться и избегать стресса

12.11.2018 11:12

Теги: Метеоусловия , Давление , здравоохранение , медицина

Врачи рекомендует метеозависимым москвичам в период рекордно высокого атмосферного давления высыпаться и избегать физических нагрузок. Об этом Агентству городских новостей «Москва» сообщил обладатель статуса «Московский врач», врач общей практики городской поликлиники №8 Василий Фролов.

«Чтобы предупредить возможное недомогание метеозависимым людям лучше следить за прогнозами погоды. При этом им стоит учитывать, что организм может отреагировать на резкое повышение атмосферного давления по гипотоническому (понижение) или гипертоническому (повышение) типу. Если артериальное давление падает, человек чувствует головокружение, общую слабость, испытывает упадок сил. В таких случаях лучше всего будет просто выспаться, а повысить артериальное давление поможет черный кофе, или крепкий черный чай. Если же из-за метеоусловий артериальное давление растет, то от напитков вроде кофе или крепкого черного чая лучше отказаться. Заменить их следует на чаи травяные», — сказал В.Фролов.

По его словам, в целом, лучше не злоупотреблять жидкостью, поскольку она повышает артериальное давление и способствует усилению болевых ощущений.

«Людям, которые зависят от метеоусловий, следует также избегать нагрузок не только физических, но и эмоциональных, ведь стресс и волнение — не менее важный фактор, который влияет на физическое состояние человека», — добавил врач.

Кроме того, как отмечает В.Фролов, метеозависимым людям необходимо заранее проконсультироваться со своим лечащим врачом, как лучше всего вести себя при резком изменении атмосферного давления. Врач всегда расскажет и порекомендует лучший способ поддержать здоровье.

Ранее «Известия» сообщили, что атмосферное давление в Москве достигло рекордно высокого показателя 770 мм ртутного столба в ночь на 12 ноября. Предыдущий максимум атмосферного давления 12 ноября был зарегистрирован в 1993 г., тогда оно составило 767 мм ртутного столба.

Рубрика: Общество

Ссылка на материал: https://www.mskagency.ru/materials/2834756

Как пережить перепады атмосферного давления — Советы

Перепады атмосферного давления вызывают неприятные симптомы у самых разных людей, и не только метеочувствительных. В группу риска попадают лица с заболеваниями нервной и сердечно-сосудистой систем, гипертоники, астматики и аллергики. Обозреватель «РИАМО в Балашихе» узнал, чем характеризуются низкое и высокое атмосферное давление и что необходимо делать для улучшения самочувствия.

Как бороться с метеозависимостью>>

Норма

Сайт: GIPHY

Планету Земля опоясывает воздушная масса, которая под влиянием гравитации давит на любой предмет, в том числе и на человеческое тело. Это сила называется давлением атмосферы. Оптимальное атмосферное давление зависит от той местности и климатических условий, к которым человек хорошо адаптировался. К примеру, нормальное атмосферное давление в Москве будет составлять примерно 748 мм рт. ст., а в Санкт-Петербурге оно равняется 753-755 мм рт. ст. Дело в том, что Москва расположена выше над уровнем моря, чем город на Неве, поэтому и показатели немного отличаются. Уникален в этом плане Тибет, где нормальное давление воздуха составляет 413 мм рт. ст. Естественно, что в таких условиях туристам из центральной части России будет довольно непросто. Поэтому определить повышенное и пониженное атмосферное давление можно только в отношении конкретного человека.

Что касается людей, которые чувствительны к любым изменениям атмосферного давления, к ним относятся следующие группы лиц:

— страдающие заболеваниями нервной системы;

— с заболеваниями сердца и сосудов;

— гипертоники, астматики и аллергики;

 — имеющие различные хронические заболевания.

Жители Балашихи о переезде в другой город: мечты о Питере и теплых странах>>

 Низкое

Воздушная масса с пониженным атмосферным давлением в центре называется циклоном. Он сопровождается ухудшением погоды, облачностью, осадками, чрезмерной влажностью. Низкое атмосферное давление негативно сказывается на здоровье и самочувствии тех людей, у которых есть проблемы с сердцем и сосудами или имеются заболевания дыхательной системы.

В период прохождения циклона человек ощущает различные неприятные симптомы. У него учащается дыхание, увеличиваются сердечные сокращения и снижается сила ударов сердца. В некоторых случаях возникает кислородное голодание и появляется одышка.  Если давление влияет на сердце, то оно может вызвать затруднения в полноценном кровоснабжении конечностей. Часто появляются болезненные ощущения в области суставов и стоп, возможно онемение пальцев. 

Циклон способен привести к развитию серьезных проблем со здоровьем, таких как сердечные приступы и гипертонические кризы. Бывает, что появляются выраженные головные боли, нарушается мозговое кровообращение.

Общественная палата Балашихи: «Больные места – это аптеки и маленькие магазины»>>

Высокое

Высокое атмосферное давление метеорологи называют антициклоном. Он сопровождается сухой, безветренной и тихой погодой. Во время антициклона отсутствуют резкие перепады температуры воздуха, и в нем возрастает количество вредных веществ.

Высокое атмосферное давление влияет на самочувствие больных аллергическими заболеваниями и гипертонией. Резкий скачок такого давления может вызвать недомогание у пациентов, страдающих от ишемической болезни сердца и спастического колита. Таких людей обычно беспокоят головные боли, появляются болезненные ощущения в районе сердца, повышается артериальное давление и ухудшается работоспособность. 

Подскочившее атмосферное давление также вызывает ощущение общей слабости и вялости. При этом наблюдается снижение лейкоцитов в крови, что значительно уменьшает сопротивляемость организма инфекциям. Если человек испытывает серьезные проблемы со здоровьем, то повышение давления может привести к сердечному приступу или гипертоническому кризу.

Как бороться с осенней депрессией>>

 Что делать при пониженном АД

Повлиять на погодные условия человек не в силах, однако каждый может выполнять ряд несложных рекомендаций для улучшения самочувствия.

Утро начните с контрастного душа или обливания. Во время завтрака выпейте чашку натурального кофе, черный или зеленый чай с медом. Будут полезны дыхательная гимнастика, прогулки и проветривание жилья.  Не перетруждайтесь, но и оставаться весь день без движения не рекомендуется.

Также не будет лишним принять тонизирующее средство растительного происхождения. Например, несколько капель настойки женьшеня, элеутерококка или эхинацеи.

Чаще всего самочувствие улучшается, когда атмосферное давление приходит в норму. Если же симптомы сохраняются, стоит обратиться за помощью к врачу. И не забудьте принимать препараты, повышающие артериальное давление, которые он вам прописал.

Тарас Ефимов: «Зарплаты в соцсфере должны быть сравнимы с московскими»>>

Что делать при повышенном АД

При повышенном атмосферном давлении избегайте переутомления в течение дня, старайтесь больше отдыхать. Уменьшите потребление соли и тонизирующих напитков, не переедайте. Сделайте горячую ванночку для ног. Можно принять настойку боярышника, валерианы или пустырника. При высоких цифрах давления примите средства, которые вам назначил врач.

Когда головные боли становятся интенсивными, вызовите скорую помощь. Это позволит избежать серьезных осложнений, в числе которых гипертонический криз и нарушение мозгового кровообращения.

Типы давления: абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление

Наравне с температурой давление является одним из наиболее важных параметров, описывающих физическое состояние среды. Давление определяется как сила (FN), постоянно действующая на заданную площадь поверхности (A). Типы давления отличаются друг от друга только по отношению к выбранному эталонному давлению.

Абсолютное давление

Наиболее приемлемым эталонным давлением является нулевое, которое существует в безвоздушном космическом пространстве. Любое давление относительно данного известно как абсолютное давление. Абсолютное давление обозначается как “ abs”, что является сокращением от латинского слова “absolutus”, означающего отдельный, независимый.

Атмосферное давление

Наверное наиболее важным типом давления для жизни на земле является атмосферное давление, p

amb (amb = ambiens = окружающий). Это давление образовано массой атмосферы, окружающей землю на высоте примерно до 500 км. До этой высоты, на которой абсолютное давление pabs = 0, его величина постоянно уменьшается. Тем не менее, атмосферное давление подвержено погодным колебаниям, что хорошо нам известно из ежедневного прогноза погоды. На уровне моря pamb в среднем составляет 1013,25 гектопаскаля (ГПа), что соответствует 1013,25 миллибара (мбар). Благодаря “циклонам” и “антициклонам” атмосферное давление может колебаться в пределах, примерно, 5 %.

Дифференциальное давление

Разница между двумя величинами давления p1 и p2 известна как перепад давления Δp = p1 — p2. В случаях, когда разница между двумя значениями представляет собой измеренное значение переменной процесса, говорят, что требуется измерить дифференциальное давление p1,2. В ассортименте WIKA дифференциальный манометр измеряет разность двух давлений.

Избыточное (манометрическое) давление

К наиболее часто встречающемуся типу измеряемого давления на технологических объектах относится перепад атмосферного давления, Pe (e = excedens = превышение). Оно представляет собой разницу между абсолютным давлением Pabs и относительным (абсолютным) атмосферным давлением (pe = pabs – pamb), более известное как избыточное давление (манометрическое).

Понятие «положительное избыточное давление» используют, когда абсолютное давление превышает атмосферное. В противном случае говорят об отрицательном избыточном давлении.

Сокращения в формулах “abs”, “amb” и “e” однозначно указывают на тип измеряемого давления. Эти сокращения относятся в формулах к букве Р, но не к единицам измерения.


Неважно какое давление — абсолютное, избыточное или дифференциальное давление. С помощью WIKA вы подберете необходимый измерительный прибор для любого типа давления:

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Метеочувствительность у больных артериальной гипертонией: проявления и предикторы

По результатам корреляционного анализа выявлена умеренная отрицательная корреляция между Мет 1 и ЧСС, уровнем лейкоцитов и положительная корреляция между Мет 1 и АСТ, концентрацией натрия плазмы (табл. 2).

Мет 2 также отрицательно коррелировала с уровнем лейкоцитов, СПВ и ТГ (табл. 3).

При оценке показателя Мет выявлена отрицательная корреляция с ЧСС, уровнем лейкоцитов и мочевой кислоты (табл. 4).

Все три показателя (Мет 1, Мет 2, Мет) ожидаемо отрицательно коррелировали с качеством жизни (по шкале ВАШ) и положительно — с уровнем тревожности (см. табл. 2—4).

Не выявлено влияния на риск развития метеопатических реакций возраста, пола, наличия СД 2-го типа, уровня офисного АД, показателей углеводного обмена, вязкости крови, уровня холестерина. Курение ассоциировалось с меньшей степенью выраженности метеопатических реакций (Мет 38,1±18,3 у некурящих против 19,5±11,7 балла у курящих, р=0,007). Прием бета-блокаторов ассоциировался с большей интенсивностью метеопатической реакции (Мет 43,4±17,0 балла против 28,0±17,3 балла у не принимающих эту группу препаратов, р=0,005). Прием других препаратов не влиял на восприимчивость к изменению метеофакторов.

Затем для определения характера влияния выявленных факторов на степень метеопатической реакции был проведен пошаговый регрессионный многофакторный анализ. В математическую модель были включены факторы, имевшие положительную либо отрицательную корреляцию с Мет в однофакторном анализе (табл. 5):

курение, уровень тревожности, факт приема БАБ, ЧСС. Показатели ЧСС не продемонстрировали независимого влияния Мет, в то время как уровень тревожности, отсутствие факта курения и приема бета-блокаторов оказались независимыми детерминантами риска развития метеопатических реакций. При введении в модель поправки на СПВ уровень тревожности потерял свое прогностическое значение. СПВ показала себя независимым отрицательным предиктором высокого риска развития метеопатической реакции (табл. 6).

Уровни натрия и АСТ показали себя независимыми предикторами Мет в регрессионной модели, включающей СПВ, уровень мочевой кислоты, АЛТ, АСТ, ТГ и натрия (β=0,63, р<0,001 и β=0,43, р<0,001 соответственно).

Обсуждение

Для человеческого организма любое изменение, связанное с приспособлением к резко меняющимся погодным условиям, является дополнительной нагрузкой, которая при суммировании с другими неблагоприятными факторами может негативно влиять на самочувствие, физическую и умственную активность. Подобный эффект особенно выражен у лиц, имеющих хроническую патологию, так как резкие или аномальные климатопогодные колебания могут отрицательно отражаться на клиническом течении ряда заболеваний вплоть до развития тяжелых осложнений, снижать эффективность лечебных мероприятий и ухудшать качество жизни. В полной мере это относится и к больным неконтролируемой АГ, в том числе 1—2-й степени. Причем отрицательную реакцию вызывают не столько экстремальные воздействия, такие как жара и часто сопутствующее ей высокое атмосферное давление, сколько резкие изменения факторов окружающей среды, к которым организм не успевает вовремя адаптироваться. Следует также отметить, что довольно часто пациенты отмечали негативное изменение состояния здоровья, связанное с так называемыми магнитными бурями.

Анализ возможных предикторов риска развития метеопатической реакции выявил как ожидаемые, так и неожиданные результаты. Наиболее ожидаема была ведущая роль уровня тревожности. Известно, что у 82% лиц с психоэмоциональными расстройствами неблагоприятные метеофакторы провоцируют ухудшение самочувствия, физической и ментальной активности [11]. Наши более ранние исследования показали связь уровня тревожности с частотой развития гипертонических кризов как во время длительной аномальной жары летом 2010 г. [12] и коротких периодов, «волны» жаркой погоды 2012 г. [13], так и в осенне-зимний период [9]. Однако, как показал многофакторный статистический анализ, тревожность переставала быть независимым фактором риска при введении в модель СПВ, т. е., по-видимому, психоэмоциональное состояние имело решающее влияние только у больных с более легким течением заболевания, в частности без выраженных нарушений эластичности сосудистой стенки. На первый взгляд характер связи между возможностью развития метеопатической реакции и традиционными факторами риска сердечно-сосудистых осложнений (ССО) кажется парадоксальным. Так, курение и высокий уровень ТГ ассоциируются с меньшей выраженностью метеопатической реакции, а уровень холестерина и АД вообще на нее не влияет. Примечательна отрицательная корреляция СПВ, характеризующей жесткость артериальной стенки, (r= –0,30, p<0,05), с показателем Мет 2, который отражает спектр природных явлений, влияющих на самочувствие. Кроме того, в проведенном нами исследовании показатель СПВ явился отрицательным независимым предиктором высокой метеочувствительности, хотя имеются данные литератуы о том, что риск развития ССО, в том числе гипертонических кризов, во время волн жары и холода ассоциировался с большей жесткостью сосудистой стенки [9, 12, 13]. Следует отметить, что фокус настоящего исследования сосредоточен не столько на ССО, сколько на оценке жалоб и ухудшении качества жизни у больных с имеющимся заболеванием (АГ 1—2-й стадии), что привносит значительную долю субъективности, неизбежную при фиксации таких «летучих» параметров, как метеочувствительность и степень метеопатической реакции. По всей видимости, наибольшее влияние метеофакторы оказывают на ранних этапах развития АГ, в последующем, по мере вовлечения в процесс органов-мишеней и увеличения жесткости сосудистой стенки, вклад погодных колебаний в самочувствие больного снижается, уступая место другим факторам.

Связь количественного содержания натрия в плазме крови с метеопатическими реакциями отмечали и ранее. Повышение концентрации ионов натрия во время волн жары показало себя независимым предиктором развития ССО [12]. Интересна роль бета-блокаторов, прием которых в нашем исследовании ассоциировался с большей степенью метеопатической реакции. Здесь возможно два объяснения. Первое: симпатоадреналовая система (САС) — это авангард приспособительных реакций. Организм реагирует на изменение погоды, будь это жара, мороз или перепады атмосферного давления, по аналогии с физической нагрузкой. Во всех этих случаях срабатывает сходный механизм: под влиянием активации САС увеличиваются ЧСС и минутный выброс крови, может повышаться АД, происходит расширение сосудов капиллярного звена и перераспределение крови из центра на периферию — к коже и мышцам. Таким образом, можно предположить, что подавление САС, подтвержденное снижением ЧСС, может ослаблять приспособительные реакции организма, а значит, усугублять течение метеопатической реакции. Но более вероятной представляется вторая гипотеза. Склонные к метеопатическим реакциям тревожные люди часто предъявляют жалобы на сердцебиения, перебои в работе сердца, а значит, им чаще назначают бета-блокаторы. Таким образом, прием этих препаратов — не предиктор, а следствие метеопатической реакции у пациента. В настоящий момент требуют объяснения и дальнейшего изучения ассоциации таких биохимических параметров, как уровень лейкоцитов, триглицеридов, АСТ и мочевой кислоты, с риском развития метеопатической реакции. Данных о влиянии этих факторов в доступной нам литературе не обнаружено.

Ограничениями нашего исследования были небольшое число пациентов, а также неизбежно высокая доля субъективности, т. е. невозможность подтвердить симптомы, указанные в анкете, объективными методами. Оценка связи изменений самочувствия именно с природными явлениями опиралась только на мнение самих пациентов. В дальнейшем планируется динамическое наблюдение больных, включающее обязательное ведение дневников самоконтроля, которые впоследствии можно будет сопоставить с зафиксированными погодными колебаниями.

Вывод

Метеопатические реакции наиболее часто развиваются у больных АГ 1—2-й степени при резких изменениях погодных условий — температуры, атмосферного давления, а также при нехарактерных (аномальных) показателях климатопогодных факторов: магнитных бурях, во время жары и при высоком атмосферном давлении. Наиболее частыми жалобами в метеопатогенные периоды были головные боли и подъем уровня А.Д. Независимыми предикторами риска развития метеопатических реакций были уровни АСТ и натрия плазмы крови, в качестве отрицательных предикторов отмечены курение и высокая СПВ. Выявлена связь между фактом приема бета-блокаторов и наличием метеопатической реакции, но, как уж было сказано выше, назначение данных препаратов, вероятно, является следствием, а не предиктором развития метеопатии. Также выявлена положительная корреляция между риском развития метеопатической реакции и тревожностью, однако уровень последнего показателя теряет свое прогностическое значение при введении поправки на СПВ. 

Работа выполнена в рамках проекта «Разработка рекомендаций по адаптации населения различных возрастных групп к воздействию температурных волн жары» по Программе Президиума РАН «Изменение климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования» на 2018—2020 гг.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Смирнова Мария Дмитриевна — д.м.н., ст. научный сотрудник отдела амбулаторных лечебно-диагностических технологий (ОАЛДТ) НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии» Минздрава России, Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН; e-mail: [email protected]; https://orcid.org/0000-0001-6515-3882 (автор, ответственный за переписку).

Баринова Ирина Владимировна — к.м.н., мл. научный сотрудник. ОАЛДТ НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава России

Бланкова Зоя Николаевна — к.м.н., научный сотрудник ОАЛДТ НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава России

Агеева Наталья Владимировна — к.м.н., научный сотрудник отдела новых методов исследования НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава России

Мухина Анастасия Александровна — к.м.н., научный сотрудник отдела природных лечебных факторов ФГБУ НМИЦ РК Минздрава России,

Бородулина Ирина Владимировна — научный сотрудник отдела природных лечебных факторов ФГБУ НМИЦ РК Минздрава России

Бадалов Назим Гаджиевич — д.м.н., заведующий отделом природных лечебных факторов ФГБУ НМИЦ РК Минздрава России

Марфина Татьяна Владимировна — мл. научный сотрудник отдела природных лечебных факторов ФГБУ НМИЦ РК Минздрава России

Агеев Фаиль Таипович — д.м.н., проф., руководитель ОАЛДТ НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава России

§ 31. Атмосферное давление | Общая география, 6 класс

§ 31. Атмосферное давление

 

Вспомните из курса природоведения, что называют атмосферным давлением.

 

Понятие об атмосферном давлении. Воздух невидимое и легкое. Однако и оно, как и всякая вещество, имеет массу и вес. Поэтому оно оказывает давление на земную поверхность и на все тела, на ней находятся. Это давление определяется весом столба воздуха высотой с всю атмосферу — от земной поверхности до самой ее верхней границы. Установлено, что такой столб воздуха давит на каждый 1 см2 поверхности с силой в 1 кг 33 г (соответственно на 1 м2 — Более 10 т!) Итак, атмосферное давление — Это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все предметы на ней.

Поверхность тела человека составляет в среднем 1,5 м2. Согласно воздуха давить на нее весом в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Это связано с тем, что внутри человеческого организма также существует давление — внутренний, и он равно атмосферному. Если это равновесие нарушается, человек чувствует себя плохо.

Измерение атмосферного давления. Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора — барометра. В переводе с греческого это слово означает »Измеритель тяжести».

На метеостанциях используют ртутный барометр. Основная его часть — стеклянная трубка длиной 1 м, запаянная с одного конца. В нее налито ртуть — тяжелый жидкий металл. Открытым концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. При переворачивании ртуть из трубки вылилась только до определенного уровня и остановилась. Почему же она остановилась, а не вылилась вся? Потому что воздух оказывает давление на ртуть в чаше и не выпускает ее всю из трубки. Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала, определяют величину атмосферного давления в миллиметрах.

На параллели 450 на уровне моря при температуре воздуха 0 0С под давлением воздуха столбик ртути поднимается в трубке на высоту 760 мм. Такое давление воздуха считается нормальным атмосферным давлением. Если столб ртути в трубке поднимается выше 760 мм, то давление повышенный, Ниже — снижен. Следовательно, давление столба воздуха всей атмосферы уравновешивается весом столба ртути высотой 760 мм.

В походах и экспедициях пользуются более удобным прибором — барометром-анероид. »Анероид» в переводе с греческого означает «безридинний»: в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которой скачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне. При повышенные давления она сжимается, при снижении — расширяется. Эти колебания через особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха. Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшается высота столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10 мм рт. ст.

Зная, как изменяется давление, можно вычислить и абсолютное и относительное высоту места. Существует и особый барометр — высотомер, В котором наряду со шкалой атмосферного давления, есть и шкала высот. Итак, для каждой местности будет характерен свой нормальное давление: на уровне моря — 760 мм рт. века, в горах в зависимости от высоты — ниже. Например, для Киева, лежащей на высотах 140-200 м над уровнем моря, нормальным будет среднее давление 746 мм рт. ст.

Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха. При нагревании объем воздуха увеличивается, оно становится менее плотным и легким. За этого уменьшается и атмосферное давление. При охлаждении происходят обратные явления. Следовательно, с изменением температуры воздуха непрерывно меняется и давление. В течение суток он дважды повышается (утром и вечером) и дважды снижается (После полудня и после полуночи). Зимой, когда воздух холодный и тяжелое, давление выше,  чем летом, когда оно более теплое и легкое. Итак, за изменением давления можно предсказать изменения погоды. Снижение давления указывает на осадки, повышение — на сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияет и на самочувствие людей.

Распределение атмосферного давления на Земле. Атмосферное давление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различают пояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом и перемещением воздуха. 

Над экватором воздух хорошо прогревается. От этого оно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимается вверх — происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Земли течение года устанавливается пояс низкого давления. Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздух охлаждается, становится более плотным и тяжелым. Поэтому оно опускается - происходит нисходящее движение воздух — и увеличивается давление. Поэтому у полюсов образовались пояса высокого давления. Воздух, поднявшееся над экватором, растекается к полюсам. Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелее и опускается на параллелях 30-350 в обоих полушариях. Как следствие — там образуются пояса высокого давления. В умеренных широтах, на параллелях 60-650обоих полушарий образуются пояса низкого давления.

Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферного давления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие и нисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.

 

 

Вопросы и задания

1. Определите, сколько весит воздух, находящийся в классе, если его длина 8 м, ширина 6 м, высота 3 м.

2. Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?

3. Почему изменяется давление в одном и том же месте? Как влияет на это изменение температуры воздуха?

4. Определите, примерно относительная высота горной вершины, если у подошвы горы барометр показывает 720 мм, а на вершине — 420 мм.

5. Как распределяется атмосферное давление на Земле?

6. Вспомните, какая абсолютная высота вашей местности. Вычислите, который атмосферное давление можно считать нормальным для вашего местности.

 

Влияние высокого атмосферного давления и кислорода на скорость среднего мозгового кровотока у человека, измеренное с помощью транскраниальной допплерографии

Предыстория и цель: Есть несколько отчетов, в которых изучалось влияние гипербарической оксигенации (ГБО) на мозговой кровоток (CBF). Тем не менее, большинство сообщений касалось экспериментов на животных, а исследований на людях пока немного. Целью данного исследования является выяснение взаимосвязи между ГБО и CBF у людей.

Методы: Скорость кровотока в средней мозговой артерии (СКК) измеряли методом транскраниальной допплерографии (ТКД) в многоместной барокамере. Доплеровский датчик фиксировали в височной области наголовным ремнем, а аппарат для чрескожного измерения газов (tcPO2 и tcPCO2) – на грудной стенке. MCV и чрескожное газообразование непрерывно измеряли у восьми здоровых добровольцев в четырех различных условиях: 1 атмосфера абсолютного воздуха (ATA), 1 ATA кислорода (O2), 2 ATA воздуха и 2 ATA O2.На следующем этапе изучали влияние давления окружающей среды еще на восьми здоровых добровольцах, у которых tcPO2 поддерживалось практически на одном уровне в условиях как 1 АТА, так и 4 АТА при вдыхании кислорода при 1 АТА.

Полученные результаты: MCV 1 АТА O2, 2 АТА воздуха и 2 АТА O2 снизилась, а tcPO2 значительно увеличилось по сравнению с воздухом 1 АТА. Значительная разница в MCV наблюдалась между группой O2 и группой воздуха при одинаковых условиях давления.С другой стороны, не было различий в MCV или tcPO2 между 4 ATA воздуха и 1 ATA плюс O2, а влияние давления окружающей среды на MCV не наблюдалось.

Выводы: Мы заключаем, что гипероксемия, вызванная ГБО, снижает CBF, но высокое атмосферное давление само по себе не влияет на CBF у человека.

границ | Воздействие изменений содержания O2 в атмосфере на физиологию человека.Есть ли основания для беспокойства?

Введение

Прямые наблюдения с 1989 г. подтверждают, что содержание O 2 в атмосфере неуклонно снижается из года в год (Keeling and Manning, 2014). Потеря O 2 является оборотной стороной накопления CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива и, как ожидается, будет продолжаться на протяжении всей эры ископаемого топлива. Накопление CO 2 представляет собой серьезную экологическую проблему с последствиями для глобального климата через «парниковый эффект», для наземных растений через «удобрение CO 2 » и для морских организмов через «подкисление океана» (Ciais et al., 2013). По сравнению с накоплением CO 2 потеря O 2 очень мала в относительном выражении. CO 2 теперь вырос с доиндустриального уровня ~277 частей на миллион до уровня 410 частей на миллион в 2020 году (Friedlingstein et al., 2020). Измеренная потеря O 2 была сопоставима по величине в молях, но она ничтожно мала по сравнению с массивными атмосферными запасами O 2 , которые составляют 21% воздуха. Тем не менее тот факт, что O 2 заметно сокращается, вызывает беспокойство.Учитывая, что O 2 необходим для аэробной жизни, насколько мы уверены, что продолжающееся снижение O 2 в конечном итоге не окажет значительных последствий?

Нам известно о двух предыдущих обзорах этой темы. Первый, Broecker (1970), убедительно доказывает, что предполагаемые будущие изменения O 2 будут очень малы и, вероятно, незначительны. Второй, Мартин и др. (2017), использует прогнозы гораздо больших будущих потерь O 2 на основе параболической модели Livina et al.(2015). Мартин и др. (2017) систематически рассматривали основные факторы, определяющие потенциальное влияние истощения атмосферного кислорода (O 2 ) на выживание человека. Они обсудили различные временные рамки эффектов гипоксии, от острых реакций, таких как учащение дыхания и кровообращения, до долгосрочной физиологической и клеточной акклиматизации, такой как увеличение пропускной способности крови, и, в конечном счете, эволюционные генетические адаптации, которые увеличивают репродуктивный успех у высокогорных популяций.Они также рассмотрели диапазон реакций, от относительно безобидных состояний, таких как острая горная болезнь, до потери сознания и, в конечном итоге, угасания. Однако, как мы обсудим ниже, более крупные предполагаемые потери O 2 от Livina et al. (2015) не имеют прочной геохимической основы.

Целью этой статьи является переоценка возможной будущей потери O 2 с учетом ее возможного значения для физиологии и здоровья человека. Мы начнем с обзора геохимического контроля на O 2 , обсуждая вероятные масштабы изменений и предлагая критический анализ Livina et al.(2015) прогноз. Во-вторых, мы предлагаем сценарии возможных тенденций O 2 в течение следующих 1000 лет с учетом воздействия на O 2 использования ископаемого топлива, землепользования, потепления, повышения содержания CO 2 и изменений атмосферного давления. Прогнозируется, что на больших высотах глобальное потепление повысит барометрическое давление (Moore and Semple, 2009), эффект, который компенсирует влияние потери O 2 на парциальное давление O 2 и который преобладает на высоте выше 3000 м.Чтобы оценить, имеют ли эти изменения O 2 потенциальные физиологические последствия, мы затем проанализируем оригинальную исследовательскую литературу о влиянии гипоксии на физиологию человека. В дополнение к общим физиологическим соображениям мы обсуждаем специфическое влияние на спортивные результаты, болезни, влияние высоты, размножение и эволюцию. В сущности, мы находим, что физиологические эффекты слишком малы, чтобы вызывать беспокойство.

В этой статье не рассматривается параллельный вопрос о том, может ли повышение содержания CO 2 в атмосфере также иметь прямое физиологическое воздействие.Эта тема была недавно затронута в исследованиях, посвященных когнитивным воздействиям в помещении. Заинтересованным читателям следует обратиться к Karnauskas et al. (2020) и ссылки в нем.

Геохимический контекст

Сначала мы кратко обсудим единицы для O 2 (см. также Приложение A). Текущий запас O 2 в атмосфере соответствует 37 125 пмоль O 2 (1 пмоль = 10 15 моль). Обычной единицей для физиологических исследований является парциальное давление O 2 , которое было бы получено, если бы воздух был полностью высушен при том же полном давлении, которое мы называем PO2′.(Присутствие водяного пара снижает фактическое парциальное давление O 2 немного ниже PO2′). PO2′ обычно указывается в мм ртутного столба (мм рт. ст.) (1 атм = 1013,25 мбар = 760,0 мм рт. ст.), что дает типичное значение уровня моря 0,2094 × 760 = 159,1 мм рт. Еще одной единицей измерения являются изменения молярного отношения O 2 /N 2 , общепринятая основа для сообщения об измеренных атмосферных изменениях O 2 . Эти единицы физически различны, но могут быть приблизительно связаны простым масштабированием, как описано в Приложениях A, B.

Основные средства контроля атмосферного O 2 показаны на Рисунке 1. Поступление или потеря атмосферного O 2 связаны с поступлением или потерей растворенного O 2 в океанах или поступлением или потерей углерода в органических резервуарах. Химия фотосинтеза CO 2 + H 2 O → CH 2 O + O 2 дает O 2 и органический углерод (схематично обозначенный как CH 2 O). Как на суше, так и в океанах практически все органическое вещество, образующееся в результате фотосинтеза, в конечном итоге разлагается по обратной реакции CH 2 O + O 2 → CO 2 + H 2 O.Таким образом, полный цикл жизни представляет собой цикл бездействия в отношении производства O 2 , поскольку O 2 , произведенный во время фотосинтетического производства органического вещества, компенсируется потреблением O 2 во время его возможного разложения. Таким образом, стабильность атмосферного O 2 зависит от стабильности резервуаров органического углерода, а не от общей скорости фотосинтеза и дыхания. Однако, как показано на рисунке 1, резервуары органического углерода на суше и в океане, такие как растительность, почвы, вечная мерзлота и растворенное органическое вещество, а также резервуары растворенного O 2 в океане очень малы, когда по сравнению с массивным атмосферным резервуаром O 2 .Например, даже если весь фотосинтез прекратится, а разложение продолжится, в конечном итоге окисляя все ткани растительности и почвы, включая вечную мерзлоту, на это потребуется 435 пмоль, что эквивалентно падению PO2 на 1,9 мм рт. ст. (1,2%) на уровне моря. . Хотя наземная и морская биота могут воздействовать на O 2 в небольших поддающихся обнаружению количествах, они не являются «легкими планеты» в смысле обеспечения глобального снабжения O 2 . Точно так же лесной пожар не угрожает запасам O 2 не только потому, что за пожаром обычно следует отрастание, но и потому, что воздействие ограничено ограниченным запасом углерода в растительности.Эти вопросы широко неправильно понимаются в популярной науке.

Рисунок 1. Глобальный кислородный цикл из Килинга (1988), показывающий краткосрочные и долгосрочные источники и поглотители и связь с резервуарами органического углерода в единицах 10 15 молей и 10 15 молей – 1 год. Потоки и резервуары кислорода обозначены сплошными линиями и сплошными прямоугольниками. Резервуары органических потоков обозначены серыми прямоугольниками с пунктирным периметром, а органические потоки — пунктирными линиями.Органическое вещество выражается в эквиваленте O 2 , т. е. количество O 2 , израсходованное при полном окислении материала. Органические резервуары, кроме поверхностной биоты и осадочных пород, были обновлены с использованием недавних оценок Ciais et al. (2013) с использованием коэффициентов окисления O 2 /C 1,1 (растительность, почвы, вечная мерзлота), 1,3 (растворенный органический углерод) и для ископаемого топлива по типу топлива из Keeling (1988). Потоки и резервуары, отличные от сжигания ископаемого топлива, условно предназначены для доиндустриального устойчивого состояния.Сжигание ископаемого топлива относится к 2019 году (Friedlingstein et al., 2020).

Запасы O 2 Земли на самом деле представляют собой массивные геологические отложения, хранящиеся в атмосфере, а не в твердой земле, и тесно связанные с органическим веществом, хранящимся в осадочных породах (Royer, 2014). Хотя это отложение является отдаленным побочным продуктом фотосинтеза, его размер определяется геологическими процессами: (1) включением органического детрита во вновь образующиеся донные отложения, изолированные от атмосферы, и (2) поднятием и обнажением древних отложений и вулканические газы к атмосферному окислению.Это очень медленные процессы, способные вызвать существенные изменения атмосферного O 2 только на временных масштабах в миллионы лет (Berner, 1999). Эти процессы также контролируют глобальное количество органического углерода, хранящегося в осадочных образованиях, таких как сланцы. Очень небольшая часть этого углерода имеет экономическую ценность, но небольшой компонент можно использовать в качестве ископаемого топлива.

При нынешних темпах добыча и сжигание ископаемого топлива эквивалентны как минимум 100-кратному ускорению глобального процесса воздействия, что, таким образом, доминирует над небольшим воздействием человечества на атмосферный O 2 (Shaffer et al., 2008). Расчетные запасы ископаемого топлива на Рисунке 1 основаны на Ciais et al. (2013). Верхняя оценка соответствует эквивалентной потере O 2 ~309 пмоль или падению PO2′ на 1,3 мм рт. ст. по сравнению с доиндустриальным уровнем. Это будет достигнуто примерно через 200 лет, если потребление будет продолжаться нынешними темпами. Однако эта высокая оценка не является категорической верхней границей. Если в конечном итоге будут эксплуатироваться большие нетрадиционные и неразведанные ископаемые энергетические ресурсы, возможно еще большее снижение O 2 .Принимая оценку ∼5000 Пг C для конечного ресурса ископаемого топлива (Rogner, 1997) и допуская степень окисления 1,4 для ископаемого топлива, получаем верхнюю границу потери O 2 в 580 пмоль O 2 или падение PO2′ на 2,5 мм рт.ст.

На рис. 2 сравниваются наблюдаемые изменения O 2 /N 2 с 1991 по 2018 год с результатами моделирования с использованием простой модели углерод/климат Shaffer et al. (2009) для так называемых сценариев A2 и B1 (Nakicenovic et al., 2000).Эти модели учитывают O 2 изменения в результате сжигания ископаемого топлива и землепользования, что способствует разложению растительности и почв, а также учитывают воздействие на океан O 2 и наземный углерод от CO 2 удобрений и эффектов потепления. Более подробная информация об этих имитациях приведена в Приложении C. Без явной настройки на изменения O 2 модель для сценария A2 точно воспроизводит изменения O 2 /N 2 за период прямых наблюдений с 1991 по 2018.Успех частично объясняется тем фактом, что выбросы от ископаемого топлива с 1991 по 2018 год довольно точно соответствовали сценарию A2. Успех также зависит от квазиреалистичного учета глобальных воздействий на атмосферный O 2 со стороны наземных биосферных и океанских процессов, которые частично компенсируют потери O 2 от сжигания ископаемого топлива. Моделирование полезно для подтверждения того, что недавние изменения O 2 достаточно хорошо изучены. Наблюдаемое падение O 2 /N 2 за 28 лет с 1991 по 2018 год соответствует 20 пмоль O 2 или -0.09 мм рт.ст. Модель предполагает, что полное падение за период до промышленной революции до 2018 года составило 48 пмоль или 0,21 мм рт. ст.

Рисунок 2. Смоделированные изменения атмосферного O 2 от Shaffer et al. (2009) по сравнению с наблюдаемыми глобальными средними значениями по программе Scripps O 2 (Keeling and Manning, 2014). Уровни O 2 показаны слева как дробное изменение парциального давления O 2 относительно доиндустриального эталона, а справа как абсолютное парциальное давление.Наблюдения, первоначально зарегистрированные как изменения отношения O 2 /N 2 в мегаединицах (см. Приложение A), были преобразованы в dP’ O_2 /PO2′ и компенсированы аддитивной константой для согласования с моделью. полученные результаты. Глобальные средние значения основаны на данных со станций Alert (82,5° с.ш.), La Jolla (32,9° с.ш.) и Cape Grim (40,7° ю.ш.), согласно Keeling et al. (1996).

Итак, что следует делать с большими прогнозируемыми будущими потерями O 2 Livina et al. (2015)? Их предсказание основано на экстраполяции параболического приближения к недавним наблюдениям за атмосферой, подход, которому не хватает геохимической основы.Успех симуляций модели на рис. 2 показывает, что нет никаких свидетельств того, что какой-то крупный отсутствующий процесс оправдывает такой открытый подход. Ливина и др. кривая потерь эквивалентна экстраполяции потребления ископаемого топлива в будущее на основе последних тенденций использования топлива без учета возможных ограничений ресурсов.

Прогнозируемые изменения атмосферного O

2 В течение следующих 1000 лет

На рис. 3 показаны прогнозы сценариев A2 и B1, сделанные Shaffer et al.(2009) модель продлена на следующие 1000 лет. Сценарий A2 представляет собой сценарий высокого уровня выбросов, в котором предполагается, что потребление ископаемого топлива ограничено на уровне 403 пмоль O 2 , что немного превышает верхнюю границу запасов ископаемого топлива на рисунке 1. Сценарий A2 аналогичен более недавний сценарий RCP8.5, который предполагает невероятное пятикратное увеличение использования угля к 2100 году и игнорирует конкуренцию со стороны возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия (Hausfather and Peters, 2020). Пик потепления в сценарии А2 приходится на 5.2°C, пик CO 2 составляет примерно 1200 частей на миллион, а PO2′ на уровне моря упадет на 1,3 мм рт. ст. в 2300 году. потребление ископаемого топлива ограничено 159 пмоль O 2 . В B1 пик потепления приходится на 2,9 °C, пик CO 2 достигает ~550 частей на миллион, а PO2′ на уровне моря падает на 0,50 мм рт. ст. в 2300 году. В обоих сценариях потери O 2 в результате сжигания землепользование частично компенсируется высвобождением O 2 из океана из-за потепления и высвобождением из наземной биосферы из-за CO 2 удобрения роста растений.Без этих компенсаций снижение O 2 (от ископаемого топлива и землепользования) составило бы 1,8 мм рт. ст. в сценарии A2 и 0,7 мм рт. ст. в сценарии B1.

Рисунок 3. Прогнозируемые изменения атмосферного O 2 парциального давления (PO2′), температуры и мольной доли CO 2 на основе модельного моделирования Shaffer et al. (2009).

Шаффер и др. (2009) не рассматривают изменения парциального давления O 2 на больших высотах, где ожидается увеличение барометрического давления из-за расширения атмосферы вверх при потеплении (увеличение высоты шкалы).В таблице 1 мы оцениваем ожидаемое повышение барометрического давления в зависимости от высоты над уровнем моря, соответствующее потеплению поверхности на 3°C, для двух случаев, соответствующих атмосферным профилям либо в тропиках, либо в средних широтах. Расчеты допускают неопределенность в увеличении давления, связанную с альтернативными предположениями о том, как изменяется градиент температуры, заключенными в скобки, предполагая, что либо градиент остается неизменным, либо допущение, что он уменьшается по величине с потеплением, как для насыщенного влажного адиабатического градиента.Текущее понимание предполагает, что изменения скорости градиента будут лежать между этими пределами (Bony et al., 2006). Различия между случаями в тропиках и средних широтах невелики. Далее мы рассматриваем только тропический случай.

Таблица 1. Повышение барометрического давления на высоте, вызванное потеплением поверхности на 3°C.

На рис. 4 показаны полученные оценки будущих изменений PO2′ на различных высотах. Эти расчеты учитывают изменения в PO2′ как из-за изменений в глобальном реестре O 2 от Shaffer et al.(2009), а также изменения барометрического давления с высотой, предполагая, что давление увеличивается линейно с потеплением поверхности с использованием центральных оценок для тропиков из Таблицы 1. На высоте 2 км над уровнем моря (уровень моря) прогнозируемые изменения PO2′ значительно меньше. чем на уровне моря, а на высоте 4 и 6 км прогнозируется увеличение PO2′ по мере того, как изменение барометрического давления более чем компенсирует потери O 2 . Высота пересечения, на которой фактически нет изменений в PO2′, равна 3.6 км для A2 и 2,5 км для B1.

Рисунок 4. Прогнозируемые изменения парциального давления O 2 (PO2′) на разных высотах. Кривые уровня моря взяты из Shaffer et al. (2009) и повторено с рисунка 2. Кривые для других высот были рассчитаны с учетом как глобальных потерь O 2 , так и изменений барометрического давления при потеплении (таблица 1), масштабированных по смоделированным изменениям температуры из Shaffer et al. (2009).

Оценка физиологических последствий предсказанного O

2 Снижение

Прежде всего ясно, что любые физиологические эффекты этих O 2 изменений должны быть очень малы, потому что рассматриваемые O 2 изменения очень малы.Физиологический эффект О 2 определяется парциальным давлением, которое зависит от произведения концентрации О 2 на общее барометрическое давление. Независимо от того, изменяется ли парциальное давление O 2 в результате изменения барометрического давления или концентрации O 2 , физиологические последствия одинаковы, особенно при небольших изменениях O 2 (Rchalet, 2020). В таблице 2 приведены прогнозируемые изменения РО2′ на 2300 год для сценариев А1 и В1, а также эквивалентность этих изменений с точки зрения смещения высоты.Эквивалентное изменение высоты постоянно составляет 70 м или менее на всех высотах проживания человека (<5 км). Эти изменения PO2' по величине аналогичны или меньше, чем изменения, происходящие при прохождении умеренно сильных штормовых систем. Нам неизвестно об исследованиях, в которых предпринимались попытки определить физиологические последствия таких крошечных изменений в P O 2 , которые были бы в диапазоне шума для физиологических исследований. Таким образом, наш анализ основывается на выводах, полученных в результате исследований более широких диапазонов P O 2 , а также из теоретических соображений.

Таблица 2. Базовые значения и изменения в 2300 году по сравнению с базовым уровнем.

Нормальные здоровые люди

Чтобы понять, как изменения O 2 могут повлиять на человека, мы рассмотрим основы физиологии дыхания здоровых людей (Guyton and Hall, 1996), используя подход, аналогичный подходу Martin et al. (2017), но сосредоточив внимание на гораздо меньшем уменьшении P O 2 , что согласуется с представленным выше геохимическим анализом.O 2 необходим для жизни, потому что он поставляет электроны митохондриям, клеточным органеллам, которые используют эти электроны для создания молекулы АТФ. АТФ жизненно важен в качестве основного топлива для клеточных ионных насосов, которые необходимы для работы нервов и мозга, сокращения и движения мышц, сердцебиения и дыхания, пищеварения и метаболических функций, синтеза репродуктивных гормонов и всех других физиологических функций, необходимых для поддержания жизни. .

На рис. 5 показано, как клеточный процесс выработки АТФ зависит от доступного количества O 2 .Изолированные митохондрии, изученные in vitro , могут поддерживать максимальную скорость производства АТФ и максимальное потребление O 2 , которое обозначается аббревиатурой V̇ O_2max , до тех пор, пока O 2 не упадет до очень низких значений (Gnaiger, 2001). Уровни O 2 показаны как парциальное давление (P O 2 ), потому что это определяет «напор», вызывающий диффузию O 2 в митохондрии, а также диффузию O 2 из легких в кровь. и из крови в клетки.Результаты, показанные на рисунке 5, получены in vitro путем добавления метаболических субстратов в раствор с митохондриями при высоких уровнях P O 2 до тех пор, пока не будет измерено максимальное значение потребления O 2 , т. е. V.O2⁢ Максимум. Затем уровень субстрата поддерживают, уменьшая P O 2 . V̇ O_2max выражается как отношение (в процентах) к значению V.O2⁢max при нормальном P O 2 значениях 159 мм рт.ст., известном как «нормоксия».На рисунке 5 показано, что в митохондриях не наблюдается значительных изменений V.O2⁢max до тех пор, пока P O 2 не упадет ниже 1–2 мм рт.ст.; V.O2⁢max снижается до 50% нормоксического значения, когда P O 2 <0,5 мм рт.ст. V.O2⁢max является воспроизводимым и биологически значимым способом количественной оценки влияния снижения P O 2 на физиологические процессы.

Рисунок 5. Максимальное потребление O 2 (V̇ O_2max , в % от максимального значения при P O 2 = 150 мм рт. митохондрии в солевой суспензии (открытые символы) и люди на велоэргометре (закрашенные символы).V̇ O_2max снижается при вдыхании P O 2 уровней у тренирующихся людей намного больше, чем необходимо для снижения V̇ O_2max в изолированных митохондриях, что можно объяснить P O 2 c эксмитерохондриями у людей падает ниже 1 мм рт. ст. (см. текст). После Gnaiger (2001) и Pugh et al. (1964).

Эффекты снижения P O 2 на V.O2⁢max сильно различаются, однако, когда они измеряются у людей, выполняющих физические упражнения, что также показано на рисунке 5.Для данных этого эксперимента человека просят как можно сильнее крутить педали на велотренажере, а сопротивление или рабочая нагрузка увеличиваются, в то время как измеряется потребление O 2 субъекта (с газоанализаторами, подключенными к мундштуку, используемому для измерения вентиляции, Pugh и др., 1964). В какой-то момент потребление O 2 выйдет на плато по мере увеличения скорости работы. Эта точка определяет V.O2⁢max (любая дополнительная работа, возможная помимо этой, обеспечивается анаэробным метаболизмом, например, молочной кислотой).То же самое можно повторить при различных уровнях окружающей среды P O 2 , установив кривую зависимости V.O2⁢max от окружающей среды P O 2 . У большинства здоровых людей (хотя и не очень тренированных спортсменов, как обсуждается ниже) измеренное значение V.O2⁢max выходит на плато, когда P O 2 приближается к нормальному значению уровня моря около 159 мм рт.ст. Однако V.O2⁢max резко снижается при умеренном снижении P O 2 , что резко контрастирует с изолированными митохондриями (рис. 5).V̇ O_2max падает до половины значения, измеренного на уровне моря при вдохе P O 2 падает до 60 мм рт.ст. Эксперимент с изолированными митохондриями продемонстрировал, что базовая клеточная функция , а не подвержена влиянию такого скромного снижения P O 2 , поэтому в целых организмах что-то отличается, что делает нас более чувствительными к уменьшению P O 2 , т.е. гипоксия.

Эту разницу можно понять с помощью «кислородного каскада», который количественно определяет падение P O 2 на последовательных этапах физиологического транспорта O 2 из атмосферы в митохондрии.На рис. 6А показан этот каскад с использованием значений, типичных для здорового человека в состоянии покоя (Richardson et al., 2006). Показаны две кривые, одна для уровня моря и одна для высоты 1,5 км над уровнем моря. На первом этапе P O 2 снижается при вдыхании воздуха из атмосферы в нос и верхние дыхательные пути. Уменьшение происходит из-за того, что воздух получает водяной пар, поскольку он насыщается при нормальной температуре тела 37 ° C, что дает давление водяного пара 47 мм рт. P O 2 в дыхательных путях обозначается P IO_2 .При текущих уровнях O 2 P IO_2 составляет 149 мм рт. ст. на уровне моря и 123 мм рт. ст. на высоте 1,5 км над уровнем моря. Поскольку влажность в дыхательных путях определяется температурой тела, уровень вдоха P O 2 не зависит от влажности окружающей среды. Напротив, P O 2 в атмосфере будет выше, если воздух суше. Подходящей мерой окружающего воздуха O 2 , которая определяет P IO_2 , является парциальное давление, которое было бы получено в абсолютно сухом воздухе при атмосферном давлении, величина, определенная в предыдущем разделе как PO2′.Падение P O 2 из сухого окружающего воздуха во вдыхаемый воздух составляет ~10 мм рт. ст. как на уровне моря, так и на высоте 1,5 км над уровнем моря. Эффект увлажнения относительно больше на большой высоте, поскольку он остается постоянным на уровне 10 мм рт.ст. независимо от атмосферного давления и температуры; например на вершине Эвереста, где барометрическое давление составляет всего 1/3 от давления на уровне моря (West, 1996), P O 2 уменьшается почти на 20% при увлажнении по сравнению с 6% на уровне моря.

Рисунок 6. Кислородный каскад, показывающий, как P O 2 снижается из атмосферы в митохондрии по физиологической транспортной цепи O 2 на уровне моря (красный) и на большой высоте (синий). (A) человек в состоянии покоя, (B) человек при максимальной физической нагрузке.

Значительное снижение P O 2 происходит на этапе между вдохом P O 2 в дыхательных путях и альвеолах легких, где происходит обмен O 2 с кровью (рис. 6А).Величина этого снижения зависит от эффективности конвективного (объемного) транспорта воздуха в легкие при вентиляции. Следующий этап происходит, когда O 2 диффундирует из альвеол в капиллярную кровь легких и перекачивается сердцем к тканям с артериальной кровью. Разница между альвеолярным и артериальным P O 2 очень мала, по крайней мере, в здоровых легких, имеющих избыточную диффузионную способность в состоянии покоя. Существуют небольшие различия в P O 2 к этому моменту кислородного каскада на умеренно большой высоте по сравнению с уровнем моря, поскольку частота дыхания увеличивается на большой высоте, чтобы поддерживать альвеолярный P O 2 близким к нормальному уровню, на минимум в состоянии покоя.

Большое снижение P O 2 также происходит по ходу кислородного каскада между артериальной и венозной P O 2 . Количество O 2 , транспортируемое током крови, является нелинейной функцией P O 2 крови, быстро увеличиваясь при низком P O 2 , но затем достигая насыщения при более высоком P O 2 . Связь объясняется равновесием O 2 — гемоглобина, кривой, показанной на рисунке 7, которая связывает P O 2 с фактической концентрацией O 2 [O 2 ] или насыщением O 2 , S O_2 гемоглобина, имеющегося в крови (Guyton and Hall, 1996).S O_2 удобно измерять с помощью пальцевого пульсоксиметра, и это наиболее широко используемый метод измерения артериальной оксигенации. Критическое значение имеет артериальная и венозная разница в [O 2 ], которая представляет собой количество O 2 , диффундировавшего из капилляров для потребления митохондриями. Эта разница зависит от (1) скорости потребления O 2 тканями и (2) притока крови к тканям, например сердечного выброса. Поскольку потребность O 2 и сердечный выброс одинаковы в состоянии покоя на уровне моря и на большой высоте, то и артериально-венозная разница [O 2 ] аналогична.Из-за нелинейной формы кривой равновесия O 2 -гемоглобина это приводит к большим различиям в P O 2 на уровне моря по сравнению с высотой. Пока венозный P O 2 остается выше нескольких мм рт. ст., как того требует митохондриальная кривая V̇ O_2max (см. рис. 5), этого достаточно для удовлетворения потребности митохондрий.

Рисунок 7. O 2 -кривая равновесия гемоглобина, изображающая % насыщения гемоглобина O 2 (слева) или концентрации O 2 в крови (справа) в зависимости от P O 2 .Сигмоидальная форма кривой допускает аналогичное изменение концентрации O 2 при меньшем изменении P O 2 при гипоксии по сравнению с нормоксией.

Полезно также рассмотреть случаи повышенного O 2 спроса, которые проиллюстрированы на рис. 6B. демонстрируя влияние упражнений на кислородный каскад на уровне моря и на большой высоте (Richardson et al., 2006). По мере увеличения потребления O 2 альвеолярный P O 2 может фактически увеличиться из-за гипервентиляции, особенно на большой высоте, где уже имеется рефлекторное увеличение вентиляции для противодействия уменьшению подачи O 2 .Снижение от альвеолярного до артериального P O 2 также может увеличиваться при физической нагрузке, особенно на большой высоте, где диффузия может быть недостаточной даже в здоровых легких для поддержания полного равновесия P O 2 между альвеолами и легочными капилляры. Кроме того, упражнения обычно уменьшают венозный P O 2 , потому что сердечный выброс не может увеличиться настолько, насколько потребление O 2 (в 5–7 раз против 10–20 раз, Guyton and Hall, 1996).Наконец, повышенный спрос на O 2 требует большей диффузии O 2 через капилляры в митохондрии. Поскольку скорость диффузии пропорциональна градиенту P O 2 , повышенный спрос приводит к еще большему падению P O 2 в митохондриях, чем в венозной крови в конце капилляров. Конечный предел потребности O 2 устанавливается в точке, при которой P O 2 в митохондриях падает ниже ~1 мм рт.В принципе, этот предел (или эквивалент V̇ O_2max ) чувствителен ко всем этапам каскада O 2 , включая уровни PO2′ в окружающей среде (Wagner, 1996).

Критически важное значение для оценки воздействия снижения содержания O 2 в атмосфере на нормальный метаболизм человека имеет плато кривой V.O2⁢max вблизи нормальных уровней PO2′ на уровне моря. Это плато означает, что небольшие изменения PO2′ могут иметь очень незначительное влияние на максимальную скорость поглощения O 2 .Хотя V.O2⁢max в конечном счете определяется комбинированным взаимодействием всех ступеней кислородного каскада, существование плато зависит от нормальных людей, у которых S O_2 близок к 100%, где S O_2 почти не зависит от артериальное PO2′ (Wagner, 1996). Это помогает амортизировать артериальное снабжение O 2 от восходящих изменений функции легких или окружающего PO2′.

Нам неизвестны измерения наклона кривой V.O2⁢max для здоровых людей на уровне моря, так как этот наклон в любом случае очень мал.В таблице 2 мы принимаем в качестве верхней границы значение, соответствующее уклону на высоте 2 км, что вместе с расчетным изменением PO2′ по сценарию А2 в 2300 году дает расчетное изменение V.O2⁢max на -0,4% . Наилучшее предположение может составлять от -0,1 до -0,2%, принимая более разумную оценку возможной потери O 2 и более низкий наклон кривой V̇ O_2max . Мы отмечаем, что несколько большее изменение V.O2⁢max ожидается у элитных спортсменов, которые более чувствительны к изменениям PO2′, как обсуждается ниже.Однако снижение P’ O_2 должно быть на порядок больше, чем ∼1,3 мм рт. ст., которое, по прогнозам, оказывает значительное влияние на работоспособность, если мы считаем, что 10%-ное снижение V.O2⁢max не наблюдается. пока P O 2 не упадет до 125 мм рт. ст. у здоровых людей на уровне моря (рис. 5).

Кривая V.O2⁢max, показанная на рисунке 5, применима к человеку, подверженному кратковременным изменениям P O 2 . При длительном воздействии реакции обычно меньше из-за физиологической акклиматизации, в результате чего организм увеличивает свою способность поглощать и доставлять O 2 .Акклиматизация наблюдалась не только при больших изменениях P O 2 , но и при совсем небольших изменениях (Donoghue et al., 2005). Это еще одна причина, по которой изменения V.O2⁢max, вызванные падением PO2′, вероятно, будут очень небольшими для здорового человека.

Высококвалифицированные спортсмены

Хорошо тренированные спортсмены, вероятно, более чувствительны к изменениям уровней O 2 , чем большинство людей. Например, у элитных спортсменов на самом деле наблюдается пониженная артериальная O 2 сатурация во время максимальных упражнений на уровне моря, потому что у них чрезвычайно высокий сердечный выброс и высокий легочный кровоток, поэтому для уравновешивания O 2 в легких недостаточно времени, что приводит к нарушение диффузии.Следовательно, легкое в увеличение O 2 (5% на вдохе, P IO 2 = 149–185 мм рт. ст.) значительно увеличивает V.O2⁢max у тренированных спортсменов со средним V.O2⁢max = 70 мл O 2 /кг/мин, но не у здоровых людей со средним V.O2⁢max = 57 мл O 2 /кг/мин (Powers et al., 1989). У таких спортсменов не наблюдается столь выраженного плато во всем теле V.O2⁢max по сравнению с P O 2 на нормальном уровне моря P O 2 , как показано на рисунке 5.У тренированных спортсменов увеличена площадь поверхности митохондрий и капилляров для увеличения диффузии O 2 в тканях, в дополнение к увеличению транспорта O 2 на других этапах кислородного каскада для поддержки этого повышенного потребления O 2 .

В исследовании с участием тренированных спортсменов Wehrlin and Hallen (2006) обнаружили снижение V.O2⁢max при увеличении высоты всего лишь с 300 до 800 м над уровнем моря (Wehrlin and Hallen, 2006), связанное со снижением вдоха на 8 мм рт. Р О 2 (144–136 мм рт. ст.).Это изменение согласуется с измерениями в более широком диапазоне высот, показывающими уменьшение V.O2⁢max на 6,3% на каждый 1 км увеличения высоты над уровнем моря (Wehrlin and Hallen, 2006), что соответствует наклону ~0,37% на мм рт.ст. Исходя из этого, если PO2′ на уровне моря упадет на 2 мм рт. ст., что может произойти в экстремальном сценарии, это приведет к снижению V.O2⁢max на 0,75%. Более вероятный сценарий, предполагающий снижение на 0,5 мм рт.ст., приведет к снижению V.O2⁢max на 0,18%. В этом исследовании участвовали субъекты с V.O2⁢max ∼ 66 мл O 2 /кг/мин (Wehrlin and Hallén, 2006) по сравнению с нормальным значением для здорового человека ∼40 мл O 2 /кг/мин. .Другие обзоры литературы обнаружили линейное снижение V.O2⁢max при вдохе P O 2 между 150 и 80 мм рт. (Гонсалес и Кувахира, 2018 г.).

Было показано, что спортивные результаты в аэробных видах спорта, таких как бег на длинные дистанции, коррелируют с V.O2⁢max при сравнении людей с большими различиями в V.O2⁢max (Bassett and Howley, 2000). На этом основании можно предположить, что 0.Снижение PO2 на 5 мм рт. ст. из-за глобальной потери O 2 может привести к снижению V.O2⁢max на 0,18% у элитных спортсменов, а это, в свою очередь, может привести к увеличению примерно на 0,18%, например, времени марафона. Но эта экстраполяция чревата неопределенностью. Установить причинно-следственную связь между небольшими (например, <1%) изменениями V.O2⁢max и производительностью очень сложно, поскольку другие метаболические факторы, такие как накопление молочной кислоты и экономия бега, доминируют в таких небольших диапазонах (Bassett and Howley, 2000). ).Таким образом, кажется очень маловероятным, что небольшие возможные изменения в производительности из-за снижения PO2', происходящие на протяжении веков, могут быть обнаружены перед лицом изменений в тренировках, питании, наборе талантов, генетических изменениях, допинге и т. д.

Большая высота

Нелинейность кривой V.O2⁢max предполагает большую чувствительность к P O 2 изменениям на высоте. Тем не менее, моделирование атмосферных изменений, обсуждавшееся ранее, дает интересный результат, заключающийся в том, что PO2′ может на самом деле в увеличиться выше 3000 м в 2300 г. н.э. по сравнению с сегодняшним днем ​​из-за повышения атмосферного давления с потеплением.Одним из способов оценки этих конкурирующих эффектов является расчет ожидаемых изменений V.O2⁢max на разных высотах с учетом прогнозируемых изменений P O 2 и нелинейности кривой V.O2⁢max. Таблица 2 суммирует этот расчет для 2300 года на уровне моря, 2, 4 и 6 км над уровнем моря. На высоте 2 км и ниже рассчитано снижение V.O2⁢max, но величина изменений чрезвычайно мала, менее 0,4% для сценариев A2 и B1. На высоте 4 и 6 км рассчитывается, что V.O2⁢max будет увеличиваться, с большим приростом на самых больших высотах.Эти изменения не только очень малы на всех высотах нормального проживания людей <5 км над уровнем моря (West, 2002), но они также игнорируют возможность акклиматизации, которая могла бы еще больше уменьшить воздействие. Рассчитанные изменения применимы к человеку, живущему на уровне моря и путешествующему на большую высоту, который НЕ акклиматизировался к небольшим изменениям PO2′ на уровне моря. Воздействие на V.O2⁢max на высоте после любой такой акклиматизации обязательно будет еще меньше.

Еще больший прирост в P O 2 и V.O2⁢max можно ожидать на расстоянии более 6 км. Как обсуждалось Муром и Семплем (2009), это может иметь преимущества для высокогорного альпинизма, хотя Мур и Семпл (2009) немного переоценивают преимущества, поскольку они учитывают только влияние изменений атмосферного давления, а не влияние глобального O 2 потери.

Интересно, что изменение направления изменения P O 2 и V.O2⁢max в зависимости от высоты при глобальном изменении происходит очень близко к порогу острой горной болезни (ОГБ) в современной атмосфере.Симптомы AMS включают головную боль, бессонницу, усталость, анорексию и/или тошноту, которые возникают на высоте выше 3000 м у большинства субъектов, но могут возникать у наиболее чувствительных людей при быстром подъеме всего на 2400 м (Hultgren, 1997). Следовательно, в будущем AMS может возникать у наиболее чувствительных субъектов на более низкой высоте, в то время как менее чувствительные субъекты могут лучше переносить большую высоту, то есть диапазон высот, на котором проявляются симптомы AMS, может быть расширен с глобальными изменениями. Изменения порога высоты в любом случае очень малы, т.е.г., <50 м. Аналогичные прогнозы можно сделать и для более серьезных высотных заболеваний, таких как высокогорный отек легких или отек головного мозга, которые возникают крайне редко даже при быстром подъеме на высоту менее 2400 или 2700 м соответственно (Hultgren, 1997).

Болезнь

Заболевание легких снижает эффективность поглощения O 2 , вызывая снижение артериального уровня P O 2 у пациентов по сравнению с нормальными субъектами для данного вдоха P O 2 .Такая гипоксемия оказывает серьезное влияние на многие физиологические функции и служит основанием для дополнительной оксигенотерапии у пациентов с хроническими заболеваниями сердца и легких. Американский колледж врачей (ACP) рекомендует дополнительную длительную оксигенотерапию всем пациентам с тяжелой гипоксемией в покое, определяемой как артериальная P O 2 ≤59–55 мм рт.ст. (в зависимости от осложнений) или S O_2 ≤88% (Qaseem et al., 2011). ACP не рекомендует цель, до которой следует восстановить S O_2 , но существуют британские рекомендации для 88–92% (NICE, 2016).Увеличение S O_2 на 87–90 % соответствует увеличению артериального P O 2 примерно на 4 мм рт. 2). Таким образом, снижение PO2′ не может оказать существенного влияния на рекомендуемый порог дополнительного использования O 2 .

Исследования на большой высоте дают еще один способ рассмотреть физиологические последствия глобальных изменений O 2 . У пациентов с эмфиземой, живущих на высоте 7000 футов над уровнем моря, наблюдается повышенное количество сердечно-сосудистых осложнений по сравнению с аналогичными пациентами, живущими на высоте всего 4500 футов над уровнем моря (Moore et al., 1982). Кроме того, пациенты, живущие на высоте 2133 м над уровнем моря (7000 футов над уровнем моря), умерли в среднем в 68,1 года по сравнению с 70,1 годами для пациентов, живущих на высоте 1372 м над уровнем моря (4500 футов над уровнем моря). Однако уменьшение P IO 2 между этими высотами составляет от 126 до 115 мм рт. ст., что более чем в семь раз больше, чем уменьшение P O 2 , предсказанное при глобальном изменении к 23:00 для сценария А2. Если бы возраст на момент смерти масштабировался аналогично P IO 2 на уровне моря, изменение ожидаемой продолжительности жизни на 2300 год составило бы несколько месяцев.Это верхняя граница воздействия, поскольку люди на уровне моря менее чувствительны к изменениям PO2′, как обсуждалось выше.

Интересно, что почти такое же снижение вдоха P O 2 оказалось значимым в другом исследовании пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), пытавшемся определить, представляет ли риск гипоксия во время авиаперелетов (Gong et al. , 1984). Как правило, самолеты находятся под давлением, чтобы поддерживать эквивалентную высоту не выше 8000 футов, которая поддерживает артериальное O 2 -насыщение гемоглобина ≥85%, что соответствует P O 2 около 55 мм рт.ст., у здоровых людей ( Де Ла Зерда и Пауэлл, 2014).У пациентов, исследованных Gong et al. (1984), артериальное давление P O 2 упало с безопасного уровня 55 мм рт. ст. на высоте 5000 футов до 50 мм рт. Разница во вдыхаемом P O 2 между этими высотами составляет 124–115, или 9 мм рт. ст., что снова в семь раз превышает прогнозируемое изменение PO2′ для сценария A2. Пациенты на уровне моря почти наверняка значительно менее чувствительны к небольшим изменениям PO2′, что еще больше подтверждает мнение о том, что прогнозируемые изменения PO2′ слишком малы, чтобы быть значимыми для этих пациентов.

При рассмотрении влияния глобального снижения O 2 на заболевание важно отметить, что изменения в артериальном P O 2 также могут усугубить заболевание посредством процессов, не связанных непосредственно с доставкой O 2 через легкие или обращение. Фактически, это значение O 2 для здоровья и болезней было недавно признано, когда Нобелевская премия по физиологии и медицине 2019 года была присуждена Келин, Рэтклифф и Семенца за их открытия о том, как клетки чувствуют и адаптируются к доступности O 2 .Ключевая часть их открытий связана с чувствительным к O 2 контролем экспрессии генов и, в частности, с индуцируемым гипоксией фактором-1α (HIF-1α). HIF-1α был идентифицирован Semenza как фактор транскрипции гормона эритропоэтина (EPO), который увеличивает выработку эритроцитов в ответ на гипоксемию. Первоначально было неожиданностью, что HIF-1α экспрессировался практически в каждом типе протестированных клеток, включая раковые клетки, но теперь это признано отличительной чертой жизненно важной центральной роли O 2 в гомеостазе.Недавние исследования показывают, что HIF-1α играет важную роль в таких разнообразных физиологических процессах, как воспалительные реакции (Zinkernagel et al., 2007) и нейронная пластичность (Moya et al., 2020). просто митохондриальная функция. Следовательно, неудивительно, что существует естественный отбор для O 2 -чувствительных факторов транскрипции в высокогорных популяциях, как обсуждается ниже, хотя, опять же, величина уменьшения O 2 может быть больше, чем глобальные изменения, которые мы наблюдаем. учитывая.

Репродукция

Серьезной проблемой при длительном проживании на большой высоте является снижение массы тела при рождении, влияющее на репродуктивный успех. В Скалистых горах Мур и др. (1998) обнаружили, что масса тела при рождении уменьшается примерно на 100 г на каждый километр над уровнем моря, что соответствует уменьшению вдоха P O 2 на 13 мм рт. Предполагая, что это соотношение также сохраняется на уровне моря, и предполагая, что P O 2 на уровне моря падает на 2 мм рт.ст., как предполагается в самом экстремальном сценарии, это уменьшит массу тела при рождении примерно на 15 г по сравнению с нормальной массой тела при рождении 2500 г. грамм.Вероятно, это верхняя граница, поскольку она основана на экстремальной оценке потерь O 2 и из-за нелинейности обмена O 2 , обсуждавшегося ранее. Воздействие на большей высоте также будет небольшим, поскольку прогнозируемые изменения P O 2 также невелики (таблица 2).

Эволюция

Известно, что в течение геологического времени изменения O 2 оказали большое влияние на эволюцию млекопитающих и других организмов (Falkowski et al., 2005; Пауэлл, 2010). Эти эволюционные изменения произошли в ответ на довольно большие изменения в O 2 , в диапазоне от 60 до 140% от нынешних атмосферных уровней.

Гипоксия на большой высоте также известна как мощная сила естественного отбора у людей. Сотни исследований, опубликованных на сегодняшний день, предоставляют доказательства того, что тибетское, андское и эфиопское высокогорное население имеет генетическую адаптацию к большой высоте, которая включает различные гены, реагирующие на гипоксию, в том числе в пути HIF (Simonson, 2015; Moore, 2017).Геномы тибетцев демонстрируют адаптивные сигнатуры в нескольких генах, включая EPAS1 , который кодирует α-субъединицу транскрипционного фактора HIF-2 (HIF-2α), и EGLN1 , пролилгидроксилазу 2 (PHD2), которая нацелена на HIF-2α. α-субъединицы для деградации в условиях нормоксии. Оба связаны с относительно более низкой концентрацией гемоглобина у тибетцев, проживающих на большой высоте (Beall et al., 2010; Simonson et al., 2010; Yi et al., 2010). Геномы андских и эфиопских горцев также демонстрируют различные адаптивные сигналы, в том числе некоторые из тех же областей генов, которые были обнаружены у тибетцев, хотя точные адаптивные изменения кажутся разными.Например, функциональные варианты, идентифицированные в локусе EGLN1 у тибетцев, отсутствуют или встречаются с низкой частотой в Андах (Heinrich et al., 2019). Различная популяционная история континентальных популяций (например, разный генетический фон, события смешения и поколения на высоте) являются важными факторами, которые способствуют изменчивости между континентальными популяциями и даже внутри них (Wuren et al., 2014; Simonson, 2015).

Кажется возможным, что естественный отбор популяций на возвышенностях все еще продолжается.Однако из нашего анализа ясно, что эта траектория не может быть значительно изменена воздействием сжигания ископаемого топлива на атмосферный O 2 , потому что эти изменения ничтожны по сравнению даже с небольшими изменениями высоты (таблица 2).

Познание

Функция мозга критически чувствительна к поступлению O 2 , так как мозг обычно потребляет около 20% поглощения O 2 в организме, при этом он составляет всего 2% массы тела (Guyton and Hall, 1996; West, 2016).Поражение головного мозга при воздействии на большую высоту было продемонстрировано как при кратковременном, так и при длительном воздействии, в том числе в период детского развития (West, 2017). Однако следует отметить, что наше понимание когнитивных последствий длительного воздействия низкого PO2 основано на очень небольшом количестве исследований. Исследования развития детей особенно сложны, потому что они требуют сравнения одной группы людей с другой группой с потенциальными искажающими влияниями культурных факторов и факторов окружающей среды.Значительные эффекты были устранены только для больших изменений высоты. Исследования молодых людей, проведенные Yan et al. (2011), например, включают сравнение группы, поднятой на высоту от 2400 до 4200 м, с контрольной группой, поднятой на высоту ниже 400 м. Таким образом, эти группы подверглись воздействию изменений PO2′, которые в 25–100 раз превышают прогнозируемое падение PO2′ на уровне моря к 2300 году. Поскольку будущие потери O 2 эквивалентны таким небольшим изменениям высоты, мы прийти к выводу, что любые когнитивные последствия этой потери могут иметь самое большее незначительное значение.

Обсуждение

Из измерений и моделей хорошо известно, что фоновый уровень O 2 в атмосфере медленно снижается. Снижение в основном вызвано сжиганием ископаемого топлива с меньшим воздействием изменений в биогеохимии океана и суши. По оценкам, эти процессы привели к падению парциального давления O 2 на уровне моря примерно на 0,21 мм рт. ст. с доиндустриальных времен до 2018 г. с исходного уровня 159 мм рт. Основываясь на представленных здесь результатах, мы оцениваем, что, если не будут предприняты шаги для смягчения последствий продолжающейся эксплуатации ископаемых видов топлива, O 2 будет продолжать снижаться и в конечном итоге снизится на 1.3 мм рт. ст. в течение нескольких сотен лет. Если люди будут дополнительно эксплуатировать ресурсы, содержащие в настоящее время нерентабельные или неизведанные ископаемые виды топлива, окончательное снижение может составить 2,5 мм рт. ст. через много столетий в будущем. В любом из этих очень экстремальных сценариев концентрация CO 2 в атмосфере превысит 1200 частей на миллион, что связано с глобальным потеплением на 5 °C или более, что вызовет изменения климата, считающиеся «запредельными катастрофами» (Xu and Ramanathan, 2017). В менее экстремальном сценарии, в котором зависимость от ископаемого топлива снижается до того, как запасы будут исчерпаны, ограничивая рост CO 2 до ~ 550 частей на миллион, падение O 2 , вероятно, будет около 0.5 мм рт.ст. Затем потепление уменьшится до ~3 °C, что до сих пор считается катастрофическим (Xu and Ramanathan, 2017). Более агрессивные меры по сокращению выбросов ископаемого топлива и потепления, вероятно, приведут к еще меньшим изменениям O 2 . Над уровнем моря снижение парциального давления O 2 будет меньше, чем на уровне моря, из-за компенсирующего повышения барометрического давления из-за потепления. На самом деле, выше ∼3000 м над уровнем моря парциальное давление O 2 , как ожидается, немного увеличится, несмотря на глобальную потерю O 2 .

Относительно небольшие изменения высоты или барометрического давления необходимы для получения аналогичных изменений O 2 парциального давления. В рассматриваемом здесь высокоуровневом сценарии A2 человек, живущий на уровне моря в 2300 году, будет испытывать парциальное давление O 2 , аналогичное тому, которое имеет человек, живущий сегодня на высоте 70 м над уровнем моря. Человек, живущий на высоте 4000 м над уровнем моря в 2300 году, будет испытывать парциальное давление O 2 , такое же, как у человека, живущего сегодня на высоте ~3992 м.

Мы рассмотрели возможное влияние этих небольших O 2 изменений на здоровье человека, сосредоточив внимание на нормальном функционировании человека, спортивных результатах, заболеваниях, репродукции человека, эволюции и познании.Ни в одном случае мы не находим, что изменения достаточно значительны, чтобы вызывать опасения.

Эти выводы основаны на изменениях парциального давления O 2 в чистой наружной среде, но рассмотрение дополнительных воздействий изменений O 2 из-за локального возгорания или дыхания в помещении или в городских условиях не меняет наших выводов. . Предел воздействия OSHA на рабочем месте для CO 2 в помещении составляет 5000 частей на миллион, что сопоставимо с естественным фоном около 400 частей на миллион.Повышение концентрации CO 2 при дыхании в замкнутом пространстве с 400 до 5000 pm приводит к падению PO2′ примерно на (0,005 — 0,0004) × 760 = ∼ 4 мм рт.ст. на уровне моря, что аналогично падению, которое происходит при наборе высоты ∼220 м. Типичное воздействие CO 2 в помещении составляет <∼1400 частей на миллион (Karnauskas et al., 2020), поэтому этот предел на самом деле достигается редко. Поскольку фоновое парциальное давление O 2 упадет в будущем, парциальное давление в помещении будет падать параллельно с их более низкой исходной точки.Наша цель не состоит в том, чтобы анализировать физиологическое влияние потери O 2 в помещении на ~4 мм рт. ст. (хотя мы ожидаем, что оно очень мало). Но очевидно, что возрастающее влияние дополнительных потерь в течение следующих нескольких столетий, например, на 1,3 мм рт. ст., будет очень незначительным.

Текущие изменения в атмосфере O 2 также потенциально могут повлиять на другие аэробные формы жизни, такие как животные, растения, грибы, бактерии и т. д., и этот вопрос еще предстоит тщательно изучить. Однако мы отмечаем, что даже в водных системах с недостатком кислорода воздействие, как правило, будет небольшим, поскольку низкие уровни O 2 в этих системах контролируются процессами, происходящими под поверхностью воды, такими как растворимость, вялая циркуляция и высокие поступления детрита. .Малейшие изменения в граничных условиях атмосферы обычно не оказывают большого влияния на эти системы. Скорее, призрак большого будущего расширения субкислородных зон океана с ужасными последствиями для жизни в океане прочно опирается на последствия самого глобального потепления посредством снижения растворимости O 2 и изменения циркуляции океана (Shaffer et al., 2009; Oschlies et al. др., 2018).

Потери O 2 в течение следующих нескольких столетий будут в основном связаны со сжиганием ископаемого топлива. Окончательные потенциальные потери ограничены известными запасами ископаемого топлива, и будущая траектория будет в значительной степени определяться траекториями фактического использования.Используемая здесь модель предсказывает, что потери O 2 от сжигания ископаемого топлива будут компенсированы на уровне ~30% за счет O 2 источников на суше и в океане. Источником земли является удобрение из-за повышения CO 2 , что приводит к накоплению биомассы земли. Источник в океане обусловлен изменениями растворимости O 2 в морской воде, вызванными потеплением, и усилением стратификации океана, что увеличивает содержание O 2 в атмосфере за счет большего дефицита растворенного O 2 во внутренней части океана.Эти процессы, как известно, сегодня компенсируют потери O 2 , и модель заслуживает доверия, поскольку она хорошо учитывает изменения O 2 на сегодняшний день. Будущие предсказания этих биогеохимических откликов явно спекулятивны, но в любом случае имеют второстепенное значение. Мы не находим оснований для поддержки более высокой оценки потери O 2 от Livina et al. (2015), который основан на математической экстраполяции без геохимического обоснования.

Теоретически потери O 2 могут усугубляться стратегиями сокращения выбросов CO 2 , такими как улавливание и хранение углерода (CCS), при котором CO 2 улавливается и хранится под землей.CCS компенсирует выбросы CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива и связанного с ним глобального потепления, но не компенсирует потери O 2 , поскольку улавливаемый углерод находится в форме CO 2 , а не биомассы. Хотя представленные здесь модели моделирования не учитывали CCS, легко установить границы для O 2 , рассмотрев экстремальную версию сценария A2, в которой весь CO 2 , в конечном итоге выбрасываемый в результате сжигания ископаемого топлива, улавливается и хранится. .Поскольку это исключает нагревание и накопление CO 2 , потеря O 2 определяется только использованием ископаемого топлива, что дает предельное падение 1,8 мм рт.ст. или 1,1% от начального давления 159 мм рт.ст. Это частичное изменение будет ощущаться во всем атмосферном столбе, что эквивалентно почти равномерному сдвигу вверх по высоте примерно на 90 м. Общественная польза от этого результата с точки зрения смягчения последствий изменения климата значительно перевесит любые небольшие последствия изменений в O 2 . Это просто показывает, что озабоченность по поводу потери O 2 является очень слабым аргументом против CCS как стратегии смягчения последствий.

В более общем плане сейчас явно необходимо сократить выбросы CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива, чтобы избежать катастрофических изменений климата, которые, несомненно, окажут наибольшее воздействие на здоровье человека. Соответствующая потеря O 2 , представляющая биогеохимический интерес, по сравнению с ней является просто физиологическим курьезом. Основанием для принятия мер являются последствия для CO 2 , а не для O 2 .

Вклад авторов

RK и FP подготовили рукопись при участии других соавторов.РК предоставил измерения отношения O 2 /N 2 для рисунка 1 и выполнил расчеты изменения давления O 2 на больших высотах. GS предоставил опубликованные прогоны моделей в поддержку рисунков 2 и 3. Все авторы внесли свой вклад в идеи и структуру.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Финансирование

Измерения O 2 /N 2 в рамках программы Scripps O 2 были поддержаны серией грантов Национального научного фонда США и Национального управления океанографии и атмосферы, последний из которых был предоставлен грантом NOAA NA15OAR4320071 и грантом NSF. 12. GS был поддержан грантом ANID (Чили) FONDECYT 11 и Millennium Science Initiative/Millennium Nucleus Paleoclimate NCN17_079. Также поддерживается Национальным институтом сердца, легких и крови NIH (NHBLI), RO1 HL-081823 (для FP) и 1RO1HL145470 (для TS).

Благодарности

RK благодарит Оксфордскую школу Мартина за организацию творческого отпуска, который помог поддержать эту работу, а также благодарит Майлза Аллена за плодотворные обсуждения.

Сноски

    Каталожные номера

    Bassett, D.R. Jr., and Howley, ET (2000). Факторы, ограничивающие максимальное потребление кислорода и определяющие показатели выносливости. Мед. науч. Спортивное упражнение. 32:70.

    Академия Google

    Белл, К.M., Cavalleri, G.L., Deng, L., Elston, R.C., Gao, Y., Knight, J., et al. (2010). Естественный отбор по EPAS1 (HIF2α) связан с низкой концентрацией гемоглобина у тибетских горцев. Проц. Натл. акад. науч. США 107, 11459–11464.

    Академия Google

    Бернер, Р. А. (1999). Атмосферный кислород в фанерозойское время. Проц. Натл. акад. науч. США 96, 10955–10957.

    Академия Google

    Бони С., Колман Р., Катцов В. М., Allan, R.P., Bretherton, C.S., Webb, M.J., et al. (2006). Насколько хорошо мы понимаем и оцениваем процессы обратной связи по изменению климата? Дж. Клим. 19, 3445–3482.

    Академия Google

    Брокер, WS (1970). Запасы кислорода человека. Наука 168, 1537–1538.

    Академия Google

    Сиаис П., Сабин К., Бала Г., Бопп Л. и Бровкин В. (2013). «Углеродные и другие биогеохимические циклы», в «Изменение климата, 2013 г.: Основы физических наук».Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата , редакторы Т. Ф. Стокер, Д. Цинь, Г.-К. Платтнер, М. Тигнор и С.К. Аллен (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: издательство Кембриджского университета).

    Академия Google

    Де Ла Зерда, Д. Дж., и Пауэлл, Ф. Л. (2014). «Авиаперелеты и высотная медицина», в Manual of Clinical Problems in Pulmonary Medicine , 7th Edn, eds T. Morris, A. Ries, and R. Bordow (Philidelphia: Lippincott Williams & Wilkins), 110–119.

    Академия Google

    Донохью, С., Фатемиан, М., Баланос, Г. М., Кросби, А., Лю, К., О’Коннор, Д., и др. (2005). Вентиляционная акклиматизация в ответ на очень небольшие изменения P O2 у человека. J. Appl. Физиол. 98, 1587–1591. doi: 10.1152/japplphysiol.01019.2004

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Фальковски, П. Г., Кац, М. Е., Миллиган, А. Дж., Феннел, К., Крамер, Б. С., и Обри, М.П. (2005). Повышение содержания кислорода за последние 205 миллионов лет и эволюция крупных плацентарных млекопитающих. Наука 309, 2202–2204.

    Академия Google

    Friedlingstein, P., O’Sullivan, M., Jones, M.W., Andrew, R.M., Hauck, J., Olsen, A., et al. (2020). Глобальный углеродный бюджет на 2020 год. Earth Syst. науч. Данные 12, 3269–3340.

    Академия Google

    Гнайгер, Э. (2001). Биоэнергетика при низком уровне кислорода: зависимость дыхания и фосфорилирования от поступления кислорода и аденозиндифосфата. Респир. Физиол. 128, 277–297.

    Академия Google

    Гонг Х. мл., Ташкин Д. П., Ли Э. Ю. и Симмонс М. С. (1984). Симуляционный тест гипоксии на высоте: оценка пациентов с хронической обструкцией дыхательных путей. утра. Преподобный Респир. Дис. 130, 980–986.

    Академия Google

    Гонсалес, Северная Каролина, и Кувахира, И. (2018). Системный транспорт кислорода при отдыхе, физической нагрузке и гипоксии: сравнение людей, крыс и мышей. Комплекс.Физиол. 8, 1537–1573.

    Академия Google

    Гайтон, А.С., и Холл, Дж.Е. (1996). Учебник медицинской физиологии. Филадельфия: Сондерс.

    Академия Google

    Хаусфатер З. и Питерс Г. П. (2020). Выбросы — история «обычного бизнеса» вводит в заблуждение. Берлин: Издательская группа Nature.

    Академия Google

    Генрих, Э. К., Ву, Л., Лоуренс, Э. С., Коул, А. М., Анза-Рамирес, К., Вильяфуэрте, Ф.С. и др. (2019). Генетические варианты в локусе EGLN1, связанные с адаптацией к высокогорью у тибетцев, отсутствуют или обнаруживаются с низкой частотой в горных районах Анд. Энн. Гум. Жене. 83, 171–176.

    Академия Google

    Hultgren, HN (1997). Высотная медицина. Стэнфорд, Калифорния: Публикации Халтгрена.

    Академия Google

    Якобсон, М. З. (2005). Основы моделирования атмосферы . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

    Академия Google

    Карнаускас, К.Б., Миллер, С.Л., и Шапиро, А.С. (2020). Сжигание ископаемого топлива приводит к тому, что содержание CO 2 в помещении приближается к уровням, вредным для человеческого восприятия. GeoHealth 4, 1–8.

    Академия Google

    Килинг, РФ (1988). Разработка интерферометрического анализатора кислорода для точного измерения атмосферного O 2 Мольная доля. Кембридж, Массачусетс: факультет Гарвардского университета.

    Академия Google

    Килинг, Р.Ф., Блейн Т., Паплавски Б., Кац Л., Этвуд К., Броквелл Т. и др. (2004). Измерение изменений отношения Ar/N2 в атмосфере с помощью однокапиллярной масс-спектрометрической системы с быстрым переключением. Теллус 56B, 322–338.

    Академия Google

    Килинг, Р.Ф., и Мэннинг, А.С. (2014). «Исследования недавних изменений содержания O 2 в атмосфере», в «Трактат о геохимии» , под ред. Р. Ф. Килинга и Л. Рассела (Амстердам: Elsevier), 385–404.

    Академия Google

    Килинг Р.Ф., Пайпер С.К. и Хейманн М. (1996). Глобальные поглотители CO 2 и полушария, полученные на основе изменений концентрации O 2 в атмосфере. Природа 381, 218–221.

    Академия Google

    Ливина, В. Н., Мартинс, Т. В., и Форбс, А. (2015). Анализ критической точки концентрации кислорода в атмосфере. Междисциплинарный Хаос. J. Нелинейные науки. 25:036403.

    Академия Google

    Мартин, Д., Маккенна, Х., и Ливина, В. (2017). Физиологическое воздействие глобальной дезоксигенации на человека. J. Physiol. науч. 67, 97–106.

    Академия Google

    Мур, Л.Г., Рор, А.Л., Майзенбах, Дж.К., и Ривз, Дж.Т. (1982). Смертность от эмфиземы увеличивается у жителей Колорадо на большой высоте. утра. Преподобный Респир. Дис. 126, 225–228. doi: 10.1164/arrd.1982.126.2.225

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Мур, Г.и Семпл, Дж. Л. (2009). Влияние глобального потепления на гору Эверест. Высотный мед. биол. 10, 383–385.

    Академия Google

    Мур, LG (2017). Измерение высотной адаптации. J. Appl. Физиол. 123, 1371–1385.

    Академия Google

    Мур, Л.Г., Нирмейер, С., и Замудио, С. (1998). Адаптация человека к высокогорью: региональная перспектива и перспективы жизненного цикла. утра. Дж. Физ. Антропол. Выключенный. Опубл. Являюсь. доц. физ.Антропол. 107, 25–64.

    Академия Google

    Мойя, Э.А., Го, А., Ким, С.Б., Фу, З., Симонсон, Т.С., и Пауэлл, Ф.Л. (2020). Нейрональный HIF-1α в ядре солитарного пути способствует дыхательной акклиматизации к гипоксии. J. Physiol. 598, 2021–2034 гг.

    Академия Google

    Накисенович, Н., Алкамо, Дж., Дэвис, Г., де Врис, Б., и Фенханн, Дж. (2000). Специальный отчет о сценариях выбросов. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

    Академия Google

    НИЦЦА (2016). Веб-сайт Национального института здравоохранения и передового опыта. Опубликовано в июле 2011 г. Обновлено в феврале 2016 г. Лондон: NICE.

    Академия Google

    Ошлис А., Брандт П., Страмма Л. и Шмидтко С. (2018). Движущие силы и механизмы деоксигенации океана. Нац. Geosci. 11, 467–473.

    Академия Google

    Пауэлл, Флорида (2010). Изучение биологических реакций на глобальное изменение содержания кислорода в атмосфере. Респир. физиол. Нейробиол. 173, С6–С12.

    Академия Google

    Пауэрс С.К., Лоулер Дж., Демпси Дж.А., Додд С. и Лэндри Г. (1989). Влияние неполного легочного газообмена на V.O2⁢m⁢a⁢x. J. Appl. Физиол. 66, 2491–2495. doi: 10.1152/jappl.1989.66.6.2491

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Пью Л., Гилл М., Лахири С., Милледж Дж., Уорд М. и Уэст Дж. (1964). Мышечные упражнения на больших высотах. J. Appl. Физиол. 19, 431–440.

    Академия Google

    Qaseem, A., Wilt, T.J., Weinberger, S.E., Hanania, N.A., Criner, G., van der Molen, T., et al. (2011). Диагностика и лечение стабильной хронической обструктивной болезни легких: обновленное руководство по клинической практике от Американского колледжа врачей, Американского колледжа торакальных врачей, Американского торакального общества и Европейского респираторного общества. Энн. Стажер Мед. 155, 179–191.

    Академия Google

    Ришале, Дж.-П. (2020). Противоположная точка зрения CrossTalk: барометрическое давление, не зависящее от P O_2 , не является забытым параметром в высотной физиологии и горной медицине. J. Physiol. 598, 897–899.

    Академия Google

    Ричардсон, Р. С., Дутейл, С., Уэри, К., Рэй, Д. В., Хофф, Дж., и Карлье, П. Г. (2006). Внутриклеточная оксигенация скелетных мышц человека: влияние доступности кислорода в окружающей среде. Дж. Физиол . 571, 415–424. doi: 10.1113/jphysiol.2005.102327

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Рогнер, Х. Х. (1997). Оценка мировых ресурсов углеводородов. год. Преподобный Энерг. Окружающая среда. 22, 217–262.

    Академия Google

    Ройер, Д.Л. (2014). «Атмосферные CO 2 и O 2 в течение фанерозоя: инструменты, закономерности и воздействия», в «Трактат по геохимии », 2-е изд., том. 6, Атмосфера — История , изд. Дж. Фаркуар (Амстердам: Elsevier), 251–267.

    Академия Google

    Шаффер Г., Олсен С. М. и Педерсен Дж. О. П. (2008). Презентация, калибровка и проверка низкоуровневой модели DCESS Earth System. Геофизика. Модель Дев. 1, 17–51.

    Академия Google

    Шаффер Г., Олсен С. М. и Педерсен Дж. О. П. (2009). Долгосрочное истощение кислорода в океане в ответ на выбросы углекислого газа от ископаемого топлива. Нац. Geosci. 2, 105–109.

    Академия Google

    Симонсон, Т.С. (2015). Адаптация к высоте: взгляд через разные линзы. Высотный мед. биол. 16, 125–137.

    Академия Google

    Симонсон, Т.С., Ян, Ю., Хафф, К.Д., Юн, Х., Цинь, Г., Уизерспун, Д.Дж., и соавт. (2010). Генетические свидетельства высотной адаптации в Тибете. Наука 329, 72–75.

    Академия Google

    Тодзима Ю., Мачида Т., Ватаи Т., Акама И., Амари Т. и Мориваки Ю. (2005). Подготовка гравиметрических эталонов для измерения содержания кислорода в атмосфере и переоценка концентрации кислорода в атмосфере. Ж. Геофиз. Рез. Атмос. 110:D11302.

    Академия Google

    Тренберт, К. Э., и Смит, Л. (2005). Масса атмосферы: ограничение на глобальные анализы. Дж. Клим. 18, 864–875.

    Академия Google

    Вагнер, П. Д. (1996). Детерминанты максимального транспорта и утилизации кислорода. год. Преподобный Физиол. 58, 21–50.

    Академия Google

    Верлин, Дж. П., и Халлен, Дж. (2006). Линейное снижение В.O2⁢m⁢a⁢x и производительность с увеличением высоты у спортсменов на выносливость. евро. Дж. Заявл. Физиол. 96, 404–412.

    Академия Google

    Вест, Дж. Б. (1996). Прогноз барометрического давления на большой высоте с использованием моделей атмосфер. J. Appl. Физиол. 81, 1850–1854 гг.

    Академия Google

    Уэст, Дж. Б. (2002). Наивысшее постоянное человеческое жилище. Высокий Альт. Мед. биол. 3, 401–407.

    Академия Google

    Вест, Дж.Б. (2016). Смелое утверждение Баркрофта: все обитатели высокогорья — люди с ослабленными физическими и умственными способностями. J. Physiol. 594, 1127–1134.

    Академия Google

    West, JB (2017). Полностью ли адаптированы постоянные жители высокогорья к гипоксической среде? Высотный мед. биол. 18, 135–139.

    Академия Google

    Wuren, T., Simonson, T.S., Qin, G., Xing, J., Huff, C.D., Witherspoon, D.J., et al. (2014).Общие и уникальные сигналы адаптации к высокогорью у географически различных тибетских популяций. PLoS One 9:e88252. doi: 10.1371/journal.pone.0088252

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сюй Ю. и Раманатан В. (2017). Значительно ниже 2 °C: стратегии смягчения для предотвращения опасного или катастрофического изменения климата. Проц. Натл. акад. науч. США 114, 10315–10323.

    Академия Google

    Ян, X., Чжан, Дж., Гонг, К., и Венг, X. (2011). Длительное пребывание на большой высоте влияет на вербальную рабочую память: исследование фМРТ. Экспл. Мозг Res. 208, 437–445.

    Академия Google

    Yi, X., Liang, Y., Huerta-Sanchez, E., Jin, X., Cuo, Z.X., Pool, J.E., et al. (2010). Секвенирование 50 экзомов человека выявило адаптацию к большой высоте. Наука 329, 75–78.

    Академия Google

    Цинкернагель, А.С., Джонсон, Р.С., и Низе, В. (2007). Функция индуцируемого гипоксией фактора (HIF) во врожденном иммунитете и инфекции. Дж. Мол. Мед. 85, 1339–1346.

    Академия Google

    Приложение A. O

    2 шт.

    Общий атмосферный O

    2 Инвентаризация

    Это может быть выражено в молях или массе O 2 . Используя O 2 с мольной долей 0,2094 от Tohjima et al. (2005) для 2000 года, соответствующая молекулярная масса сухого воздуха 28,96 г/моль и общая масса сухого воздуха 5,135 × 10 18 кг (Trenberth and Smith, 2005) дает O 2 инвентаризации 3.7125 × 10 19 моль или 37125 пмоль.

    O

    2 Мольная доля в сухом воздухе, X O_2

    Эта единица выражает соотношение молей O 2 на моль сухого воздуха в образце, часто широко называемое «концентрацией» и обычно выражаемое в процентах или в частях на миллион.

    O

    2 Парциальное давление, P O 2 , PO2′

    Эта единица используется для описания O 2 напряжения в крови, например, которое имеет отношение к оценке транспорта O 2 в жизненно важные ткани.Типичными единицами измерения являются атмосферы или мм рт. ст., торр или кПа для физиологии. Для физиологических применений полезно использовать величину окружающей среды P O 2 по отношению к воздуху с тем же давлением, но нулевой влажностью, которая определяется как PO2′ = X O_2 × P tot , где P tot — полное барометрическое давление (включая водяной пар), а X O_2 — мольная доля сухого воздуха O 2 . На уровне моря и 1 стандартной атмосфере это дает PO2′ = (0.2094)(760 мм рт.ст.) = 159,1 мм рт.ст.

    Вдох O

    2 Парциальное давление, P IO_2

    Другой физиологически значимой мерой окружающего воздуха O 2 является парциальное давление в дыхательных путях легких, которое ниже PO2′ из-за разбавления водяным паром (поскольку X O_2 и P tot не изменились). Эта величина известна как парциальное давление на вдохе O 2 и определяется как P IO_2 = X O_2 × (P tot – P sat (37)) = PO2′ – X O_2 ⋅P sat (37), где P sat (37) = 47 мм рт.ст. – давление насыщенного пара воды при температуре тела 37°C, а X O_2 × Psat(37) = 10 мм рт.ст.

    Текущий атмосферный уровень (PAL)

    Эта единица используется в геохимическом сообществе для выражения содержания O 2 в атмосфере в далеком прошлом. Устройство измеряет общий уровень содержания O 2 в атмосфере по отношению к нынешнему уровню 21%. Атмосфера, содержащая 1,1 PAL, имеет на 10% больше молекул O 2 или на 10% больше массы O 2 , чем наша нынешняя атмосфера.

    δ(О

    2 2 )

    Это общепринятая единица измерения содержания O 2 в атмосфере в современной атмосфере.Эта единица выражает относительное отклонение молярного отношения O 2 /N 2 от стандартного значения этого отношения:

    δ⁢(O2/N2)=((O2/N2)проба-(O2/N2)стандарт)/(O2/N2)стандарт

    δ(O 2 /N 2 ) обычно умножается на 10 6 и выражается в «на мегабайтах», где 1 на мегабайт = 0,0001%. На соотношение O 2 /N 2 могут влиять как изменения O 2 , так и N 2 , но изменения N 2 обычно намного меньше.

    Пример расчета

    Начнем с идеализированной хорошо перемешанной сухой атмосферы, которая изначально содержит 21 % O 2 , 78 % N 2 и 1 % Ar. Эти цифры относятся к мол.%. Примем сумму парциальных давлений этих газов равной 1 атм на уровне моря. Мы предполагаем поведение идеального газа. Таким образом, парциальное давление O 2 на уровне моря составляет 0,21 атм, мольная доля сухого воздуха O 2 составляет 21%, а отношение O 2 /N 2 составляет 21/78, что принимается за стандартное соотношение.Таким образом, начальное значение δ(O 2 /N 2 ) равно 0% или 0 на мегабайт.

    Предположим, что 1% O 2 , содержащегося в атмосфере, удаляется без каких-либо изменений N 2 или Ar. При этих предположениях окончательный уровень PAL составляет 0,99, а конечное значение отношения O 2 /N 2 составляет 0,99 × 21/79, что соответствует δ(O 2 /N 2 ) = -1% или — 10 000 за мегабайт. Конечная мольная доля сухого воздуха O 2 равна 0.99 × 0,21/(0,79 + 0,99 × 0,21) = 0,208338, где знаменатель (0,79 + 0,99 × 0,21) учитывает уменьшение общего количества молей, вызванное потерей O 2 . Если CO 2 образуется в связи с потерями O 2 , это, как правило, компенсирует изменения в знаменателе. Конечное парциальное давление O 2 дается в хорошем приближении как 0,99 × 0,21 = 0,2079 атм, что предполагает, что общее барометрическое давление падает пропорционально общему количеству молей. Некоторые незначительные ограничения этого предположения обсуждаются в Приложении B.

    Коэффициенты преобразования единиц измерения

    Приведенные выше соображения предполагают следующие коэффициенты пересчета для глобальных изменений на уровне моря: 1 PAL = 37 125 пмоль O 2 = 10 6 на мГ (δ(O 2 /N 2 )) = 159,1 мм рт. парциальное давление воздуха, PO2′). Преобразование, основанное на этих факторах, может быть ошибочным на несколько процентов, в зависимости также от изменений в N 2 , CO 2 и H 2 O, как описано в Приложении B.

    Приложение Б.о пропорциональности между PO2′ и глобальным O

    2 Инвентаризация

    На рис. 3 вычисляются изменения PO2 на основе результатов Shaffer et al. (2009) исходя из предположения, что PO2 пропорционально общему запасу O 2 . Здесь мы выделяем несколько поправок к этому предположению, показывая, что все они малы.

    Чтобы связать PO2′ с составом атмосферы, возьмем

    PO2’=XO2×Pобщ(B1)

    XO2=NO2/(NN2+NO2+NAr+NCO2+…)(B2)

    Ptot=(г/А)⋅(NN2⋅mN2+NO2⋅mO2+NAr⋅mAr+Nh3⁢O⋅mh3⁢O+NCO2⋅mCO2+…)(B3)

    WO2=NO2×mO2/(NN2⋅mN2+NO2⋅mO2+NAr⋅mAr+Nh3⁢O⋅mh3⁢O+NCO2⋅mCO2+…)(B4)

    , где N i и m i — количество молей и молекулярная масса частиц i, X O_2 — мольная доля сухого воздуха O 2 (0.2094), W O_2 — массовая доля O 2 всей атмосферы (∼0,2314), P tot — атмосферное давление на уровне моря, g — ускорение свободного падения, A — площадь поверхности Земли. Суммы в B2–B4 неявно включают вклад всех других газовых примесей в сухом воздухе. Суммы в B3 и B4 также включают вклад водяного пара, а сумма B2 для сухого воздуха — нет.

    Для оценки зависимости PO2′ от количества O 2 возьмем логарифмическую производную уравнения.B1 по отношению к N O_2 с заменами с B2 на B4, что дает

    dPO2′/PO2′=(1+WO2-XO2)⁢δ⁢NO2/NO2≈1,022⁢δ⁢NO2/NO2(A5)

    Предположение о том, что PO2′ пропорционально N O_2 , таким образом, занижает изменения PO2′ на 2,2%. Эта небольшая поправка возникает из-за того, что барометрическое давление на уровне моря масштабируется не пропорционально количеству молей воздуха (как это было бы верно для идеального газа в постоянном объеме), а скорее пропорционально массе атмосферы. O 2 имеет молекулярную массу (32), которая превышает среднюю молекулярную массу воздуха (29) и, таким образом, вносит пропорционально больший вклад в общую массу, чем общее количество молей.

    PO2′ также чувствителен к изменениям содержания CO 2 благодаря присутствию N CO_2 в уравнениях B2 и B3. Взяв логарифмическую производную уравнения. B1 по отношению к N CO_2 с заменами с B2 на B4 дает

    dPO2′/PO2′=(WCO2-XCO2)⁢δ⁢NCO2/NCO2≈((WCO2-XCO2)/XCO2)⁢δ⁢XCO2=0,516⁢δ⁢XCO2(A6)

    , где W CO_2 и X CO_2 — масса и мольные доли CO 2 в воздухе, определяемые аналогично B2 и B4.Предполагая, что CO 2 в конечном итоге повысится с доиндустриального уровня 280 частей на миллион до 1000 частей на миллион (согласно A2 на рисунке 3), это дает dPO2′ = (159) (0,516) (0,00100-0,000280) = 0,06 мм рт.ст., что незначительно.

    Ожидается также, что содержание водяного пара в атмосфере увеличится с потеплением климата. Водяной пар не влияет на молярную долю сухого воздуха X O_2 , но составляет 0,25% массы атмосферы (Trenberth and Smith, 2005) и, таким образом, составляет 0,25% от P до в уравнении.Б1. Предполагая, что содержание воды увеличивается с потеплением в соответствии с кривой насыщения пара, и принимая оценку потепления на 5 ° C из сценария A2 (рис. 3), это дает увеличение содержания водяного пара примерно на 40%. Это приводит к увеличению барометрического давления на 0,1%, что соответствует увеличению PO2′ на уровне моря на 0,001 × (159 мм рт.ст.) = 0,16 мм рт.ст. Это сравнимо с падением PO2′ на 1,4 мм рт. ст., оцененным по сценарию A2 из-за глобальной потери O 2 (рис. 3) в 2150 году, когда Земля нагрелась на 5°C.

    Потепление заставляет океаны выбрасывать N 2 в атмосферу из-за температурной зависимости растворимости N 2 в морской воде. Килинг и др. (2004) оценивают чувствительность ∼2 × 10 –6 атмосферного запаса N 2 на 100 ЗДж потепления океана. Если предположить, что океаны в целом в конечном итоге прогреются в среднем на ∼4°C для сценария A2 (например, Shaffer et al., 2009), это дает относительное увеличение атмосферного запаса N 2 , равное 0.04%, что, в свою очередь, влияет на X O_2 и P на на уровне 0,04%, но в противоположных направлениях. Воздействие на PO2′ через уравнение. B1 составляет менее 0,01%, потому что вклады X O_2 и P в tot почти компенсируются и, таким образом, совершенно незначительны.

    Таким образом, мы произвели количественную оценку нескольких небольших поправок, необходимых для расчетных изменений PO2′ на рисунке 3. Одна поправка является результатом изменений молекулярной массы сухого воздуха с потерей O 2 , что приводит к поправке на ∼2% в направлении усиления снижения PO2′.Вторая и более крупная поправка возникает из-за увеличения содержания водяного пара в атмосфере, что увеличивает PO2′ за счет воздействия на атмосферное давление. В контексте будущих сценариев это воздействие водяного пара составляет ~12% от расчетного снижения PO2′ из-за потери O 2 , что частично компенсирует общее снижение PO2′. Суммарное влияние обеих поправок составляет порядка ∼10% в направлении компенсации снижения PO2′. Корректировка наших расчетов с учетом этих небольших эффектов не изменит каких-либо выводов.Другие поправки, связанные с изменениями в СО 2 и N 2 , еще меньше.

    Сценарии A2 и B1, использованные в Shaffer et al. (2009) предписывают будущее сжигание ископаемого топлива и изменения в землепользовании, которые приводят к выбросам CO 2 и потерям O 2 . В сценариях придается второстепенное значение выбросам в результате изменений в землепользовании в будущем. Модель углерода/климата средней сложности, использованная в Shaffer et al. (2009) вычисляет изменения CO 2 и глобальной температуры, которые вызывают дополнительные изменения O 2 из-за изменений в биогеохимии океана и суши (Shaffer et al., 2008). Шаффер и др. (2009) расширяют эти сценарии после 2100 года, используя полиномиальные функции, которые постепенно снижают выбросы до нуля примерно к 2200 году. Часто рассматриваются сценарии A2 и B1, ограничивающие возможные результаты: сценарий A2 допускает рост выбросов без какого-либо смягчения последствий («обычное дело» ), в то время как B1 предполагает частичное сокращение выбросов для смягчения последствий изменения климата. В модели предполагается стехиометрическое соотношение O 2 :C, равное 1,391 для сжигания ископаемого топлива и 1,1 для наземно-биосферного обмена.

    Шаффер и др. (2009) сообщают O 2 об изменениях в единицах парциального давления, которые они рассчитывают путем умножения расчетного доиндустриального уровня моря O 2 парциального давления в 0,2094 атм на относительное изменение общего атмосферного запаса O 2 из их модели . Исходя из соображений Приложения B, мы интерпретируем эти результаты как соответствующие PO2′.

    В прогнозах, показанных на рис. 3, использовалась заданная чувствительность климата в 3°C на удвоение CO 2 .Шаффер и др. (2009) также провели моделирование с более высокой чувствительностью 4,8°C. Выбор чувствительности климата очень мало влияет на снижение PO2′ на уровне моря, потому что эта чувствительность влияет только на наземные и океанские источники O 2 , а не на потери O 2 от ископаемого топлива и землепользования. Изменения PO2′ на больших высотах несколько чувствительны к предполагаемой чувствительности климата. Более высокая чувствительность климата вызывает большее потепление и, следовательно, большее увеличение барометрического давления и PO2 на большей высоте, а также снижение высоты пересечения.

    Почему нас не раздавливает атмосферное давление? » Научная азбука

    Позвольте мне с самого начала сказать вам, что мы находимся под большим давлением.

    Как люди, есть много видов давления, которые нужно остерегаться в своей жизни, но есть одно давление, которое давит на каждого человека на Земле, включая Халка, Железного человека и Капитана Америку.

    Окружающий нас воздух может показаться абсолютно невесомым, но это далеко не так. Почему мы считаем, что воздух невесом? Разве оно не имеет права на некоторый собственный вес? В конце концов, атмосфера является частью планеты и содержит ряд газов, которые присутствуют в разных количествах.


    Рекомендуемое видео для вас:


    Атмосфера

    Воздух состоит из невероятно большого количества молекул. Хотя эти молекулы очень малы, они достаточно «респектабельны», чтобы иметь собственный вес. Хотя это правда, что одна молекула удивительно легкая и кажется несуществующей, вы можете почувствовать себя немного удивленным, когда я скажу вам, что прямо сейчас, в этот самый момент, на вас давит множество молекул воздуха. По сути, мы говорим о большом количестве молекул воздуха, которые довольно легкие по отдельности, но становятся довольно «тяжелыми» в большом количестве.

    Различные слои атмосферы (Фото: Вадим Садовский/Shutterstock)

    Что вы чувствуете, когда поднимаете что-то очень тяжелое на плечах или голове? Вы чувствуете, что на вас давит давление, верно? Атмосферное давление действует в основном таким же образом. На вас постоянно давят тысячи молекул воздуха. На самом деле стандартное значение атмосферного давления составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм на уровне моря. Для сравнения, это все равно, что постоянно держать на голове маленькую машину.

    Так почему же мы этого не чувствуем?

    Равновесие: Великий Уравнитель

    Частицы воздуха вокруг вас оказывают определенное давление на все ваше тело, но что интересно, такое же давление оказывает обратно на молекулы воздуха изнутри тела, таким образом достижение состояния равновесия.

    Позвольте мне выразить это проще; человеческое тело эволюционировало в течение многих лет в присутствии воздуха, поэтому справедливо будет сказать, что оно развивалось в соответствии с давлением, оказываемым на него все время.Если бы человеческое тело было пустой оболочкой, т. е. если бы оно не содержало баснословного набора органов, костей, мышц, крови и прочего, то оно лопнуло бы, как консервная банка, под нашим атмосферным давлением. Однако этого не происходит.

    Это, по сути, означает, что в данном случае имеет место определенное выравнивание давлений, поэтому нет разницы давлений и почему мы не чувствуем себя «отягощенными воздухом».

    Давление воздуха, находящегося вне вашего тела, такое же, как и давление воздуха, находящегося «внутри» вашего тела.Воздух, постоянно присутствующий в ваших легких, ушах и носу, имеет то же атмосферное давление, что и воздух снаружи ваших ушей, носа и груди. Поскольку разницы в давлении нет, мы вообще ничего не чувствуем, если говорить об атмосферном давлении.

    Когда есть разница давлений…

    Вы уже понимаете , что не чувствуете атмосферного давления из-за отсутствия разницы давлений между внешним воздухом и воздухом внутри вашего тела, которую мы будем называть ‘ внутренний воздух».Но что делать, если есть разница в давлении? Произойдет ли что-то действительно ужасное? Насколько редко встречается перепад давления?

    Вы можете быть немного удивлены, узнав, что возникновение этих изменений давления на самом деле довольно обычное дело. Вы можете часто сталкиваться с этим, если вы часто летаете. Получаешь мой дрейф?

    Вам знакомо это забавное чувство, когда кажется, что ваши барабанные перепонки «смыкаются» сами по себе, когда ваш самолет взлетает или приземляется? А как насчет того, когда вы входите в длинный туннель или выходите из него?

    Лопнуть напрямую связано с изменением внешнего и внутреннего давления воздуха.Видите ли, когда ваш самолет находится на взлетно-посадочной полосе, давление в вашем ухе такое же, как и в салоне самолета. Однако по мере того, как вы взлетаете и поднимаетесь высоко в небо, возникает неравенство внешнего и внутреннего давления, и ваши уши как бы затыкаются. Разговаривать в таких условиях не рекомендуется, особенно если вы пытаетесь наладить личные или профессиональные связи.

    Есть много других случаев изменения давления воздуха, большинство из которых, по-видимому, в первую очередь влияет на нос и ухо.«Лекарства» от него как такового нет, но есть определенные методы, которые определенно могут помочь вам открыть барабанные перепонки и вернуть давление в норму. Одна из таких техник включает в себя закрытие ноздрей и рта, а затем осторожное выдувание воздуха через нос. Сильный зевок также помогает «распахнуть» уши.

    Мы не можем быть достаточно благодарны за чудеса, которые природа представляет вокруг нас. Он работает таинственным образом и впечатляюще уравновешивает каждую переменную в своей сфере, чтобы гарантировать, что все природные условия складываются таким образом, чтобы поддерживать и развивать жизнь на Земле.

    Рекомендуем к прочтению

    Была ли эта статья полезной?

    Да Нет

    в более густой воздух и на более тонкий лед: как изменение климата влияет на гору Эверест | Наука

    Белое облако плывет над вершиной горы Эверест в сумерках. Фото Фрэнка Биневальда/LightRocket через Getty Images

    Несмотря на то, что гора Эверест является самой высокой точкой на Земле, она все еще не может избежать последствий изменения климата.Единственное место, которое пробивает стратосферу — пик Эвереста достигает 29 035 футов над уровнем моря — имеет настолько разреженную атмосферу, что альпинисты задыхаются, а ледники настолько велики, что тянутся на многие мили подряд. Но оба этих элемента быстро меняются. Согласно двум новым исследованиям, опубликованным сегодня в журналах iScience и One Earth, , атмосферное давление вблизи вершины Эвереста растет, делая кислород доступным для дыхания, а ледники тают с беспрецедентной скоростью, что приводит к увеличению талой воды.Изменения коснутся альпинистов, взбирающихся на вершину, и местных жителей, живущих в ее тени.

    «Некоторые нижние области Гималаев довольно хорошо изучены, но такие места, как Эверест, менее изучены, потому что там очень трудно работать.» — говорит Аврора Элмор, климатолог из Национального географического общества. «В исследованиях есть большой пробел, особенно на высоте более 5000 метров [16 404 фута] — а высота Эвереста составляет 8850 метров [29 035 футов]. Эти огромные три километра высоты еще недостаточно изучены.»

    Чтобы узнать больше о самых высоких точках мира, в прошлом году Элмор помог организовать экспедицию, которая отправила команду из 34 ученых на гору Эверест для сбора гляциологических и метеорологических данных, установив самые высокие метеостанции в мире. Экспедиция предоставила данные для обоих новых исследований, соавтором каждого из которых был Элмор.

    На высоте 8 430 метров над уровнем моря команда высотной экспедиции празднует создание самой высокой в ​​мире действующей автоматизированной метеостанции во время экспедиции National Geographic и Rolex Perpetual Planet Everest Expedition.Для получения дополнительной информации об экспедиции посетите сайт www.NatGeo.com/Everest. Фото Марка Фишера, National Geographic

    В исследовании, опубликованном в iScience , Элмор и группа ученых решили задокументировать, как атмосферное давление на Эвересте колебалось с 1970-х годов. Каждый год около 800 человек пытаются взойти на Эверест, но после подъема на высоту 21 325 футов воздух становится настолько разреженным, что большинство альпинистов используют кислород в баллонах, чтобы дышать. Только горстка альпинистов пытается подняться на нее без дополнительного кислорода.Но это может стать проще, поскольку изменение климата заставляет воздух медленно сгущаться, а это означает, что на больших высотах доступно больше кислорода.

    При повышении температуры молекулы движутся быстрее. И когда эти молекулы начинают сталкиваться друг с другом, давление возрастает. Большее давление означает больше молекул, что делает больше кислорода доступным для дыхания, говорит ведущий автор Том Мэтьюз, климатолог из Университета Лафборо в Великобритании.

    Чтобы проанализировать изменения в атмосфере, Мэтьюз и его команда собрали данные с помощью тех метеостанций, которые они установили во время экспедиции на Эверест в 2019 году.Они объединили свои недавно собранные данные с анализом, проведенным Европейским центром среднесрочного прогнозирования погоды, чтобы реконструировать, каким был климат на Эвересте с 1979 по 2020 год.

    Мэтьюз и его команда затем использовали климатические данные, чтобы смоделировать, как атмосфера вокруг Эвереста менялась с течением времени и как она будет продолжать меняться по мере нагревания планеты. Их модели предполагают, что если глобальные температуры повысятся на 2 градуса по Цельсию по сравнению с доиндустриальным уровнем, который планета должна достичь уже в 2050 году, максимальный уровень потребления кислорода на Эвересте увеличится на 5 процентов.Это может показаться тонким сдвигом, но этого достаточно, чтобы быть разницей между жизнью и смертью для альпиниста, стоящего на вершине Эвереста. «Некоторые люди сочли бы [более густой воздух] хорошим следствием изменения климата», — смеется Мэтьюз. «Я думаю, что это немного затягивает».

    Настоящим сюрпризом этого исследования, по словам Мэтьюза, является то, насколько резко может меняться атмосферное давление на Эвересте. Из данных за 40 лет команда выбрала день с самым низким атмосферным давлением за всю историю наблюдений и сравнила его с днем ​​с самым высоким.По словам Мэтьюза, разница была огромной: доступность кислорода между двумя днями была эквивалентна перепаду высот на 2460 футов.

    И климат может заметно меняться в течение нескольких дней, говорит он. В один прекрасный день воздух на вершине может казаться пригодным для дыхания без дополнительного кислорода; через несколько дней давление может упасть до разреженного, резкого, похожего на середину зимы воздуха, что сделает его непреодолимым. Это означает, что альпинисты, планирующие отказаться от дополнительного кислорода и довести свое тело до абсолютных пределов, должны уделять пристальное внимание прогнозам кислорода.Например, если альпинисты покидают базовый лагерь в день, когда восхождение на бескислородную вершину физиологически возможно, а затем прибывают через неделю, когда давление достигает предела, это может стать «настоящим шоу ужасов», — говорит Мэтьюз.

    «Что меня действительно поразило в этом исследовании, так это то, что изменение климата может влиять на условия на Эвересте и на приемлемые условия на Эвересте для альпинистов, и мы уже это поняли», — говорит Кимберли Майнер, специалист по климатическим рискам. в Университете штата Мэн, который не участвовал в этом исследовании.«Глядя на то, как воздействует кислород в высокогорной среде, [является] чем-то, что, вероятно, не поражает людей сразу, когда вы говорите об изменении климата, но эти вторичные воздействия могут иметь очень специфические последствия для альпинистов и альпинистов [и] также столь же значительным».

    Несмотря на то, что атмосферные изменения на Эвересте не видны глазу, те разрушения, которые изменения климата наносят ледникам, кристально очевидны для тех, кто живет в этом регионе.

    «Таяние льдов в Гималаях уже вызывает тревогу, — говорит шерпа Пасанг Долма, исполнительный директор Центра исследований и развития коренных народов в Катманду, Непал.Несколько недель назад она отправилась в поход в соседний поселок, и местные жители сказали ей: «О, к этому времени [года] у нас уже были белые горы, но теперь вы видите все черное». А наводнения, вызванные таянием ледников, которые когда-то были редкостью, теперь случаются более регулярно и непредсказуемо, говорит она.

    В исследовании, опубликованном сегодня в журнале One Earth , сообщается, насколько резко истончились ледники с 1960-х годов — в некоторых районах на целых 490 футов. Группа ученых во главе с гляциологом Оуэном Кингом, научным сотрудником Университета Сент-Эндрюс в США.К., использовал архивные спутниковые снимки и старые исследования, проведенные еще в 1960-х годах, чтобы создать базовый набор данных, на основе которого можно было сравнить будущее таяние ледников. Изображения были сделаны за десять разных лет, с 1962 по 2019 год.

    Член команды National Geographic и Rolex Perpetual Planet Everest Expedition берет образец из обнажения скалы рядом с ледопадом Кхумбу над базовым лагерем Эвереста. Для получения дополнительной информации об экспедиции посетите сайт www.NatGeo.com/Everest. Фото Фредди Уилкинсона, National Geographic

    Команда изучила 79 ледников, в том числе ледник Кхумбу, самый высокий ледник в мире, и обнаружила, что в период с 2009 по 2018 год ледники истончались почти в два раза быстрее, чем в 1960-х годах.По некоторым оценкам, на некоторых ледниках есть участки, которые, вероятно, потеряли половину своей толщины с 60-х годов.

    Средняя температура с 2000 по 2016 год примерно на 1,8 градуса по Фаренгейту выше, чем в среднем с 1975 по 2000 год. Хотя повышение температуры является основной причиной истончения ледников, по словам Кинга, действуют и другие важные факторы. По мере отступления ледники часто оставляют после себя каменные обломки и обнажают утесы и впадины на склонах гор. Открытые скалы поглощают больше солнечного излучения, плавя соседний лед.Затем талая вода просачивается в желоба, образованные отступающими ледниками, образуя небольшие пруды. Пруды растапливают окружающий лед, и вода наполняет пруды. В конечном итоге группы прудов объединяются и образуют огромные ледниковые озера. По словам Кинга, в результате в период с 1990 по 2015 год образовалось более 400 новых озер.

    Хайди Стельтцер, горный ученый из колледжа Форт-Льюис в Колорадо, которая не участвовала в исследовании, говорит, что результаты вызывают беспокойство, учитывая постоянную потерю льда в исследуемой области.

    В дополнение к 18 общинам коренных народов, проживающим в Гималаях, почти два миллиарда человек зависят от горного хребта как источника пресной воды. Ускоряющееся таяние ставит под угрозу некогда стабильный источник воды, угрожая жизни и средствам к существованию почти пятой части населения мира.

    И хотя более быстрое таяние может означать больше воды, «это хорошо только на короткое время», — говорит Элмор. Если вода тает слишком быстро, она приходит в виде наводнений, которые уже переживают сообщества в регионе.«Они пожинают плоды глобального изменения климата, в которое они не вносят основной вклад», — говорит она.

    Но, несмотря на то, что они находятся на передовой борьбы с изменением климата, коренные народы Гималаев часто не участвуют в исследованиях, диалогах по климатическим стратегиям и разработке политики, говорит шерпа. «Исследования, которые помогают людям понять ресурсы, которые у них есть, и выбор [у них есть] для адаптации, так же важны, как и изучение потери льда», — говорит Стельцер. «И, возможно, это будет следующее исследование.»

    Изменение климата Горы Новое исследование Погода

    Рекомендуемые видео

    Какое идеальное барометрическое давление для человека? – Энциклопедия Википедии?

    Ванос сказал, что люди чувствуют себя наиболее комфортно при барометрическом давлении 30 дюймов ртутного столба (inHg).Когда оно повышается до 30,3 дюйма ртутного столба и выше или падает до 29,7 и ниже, возрастает риск сердечного приступа.

    Кроме того, каково атмосферное давление?

    Стандартное или близкое к среднему атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1013,25 миллибара, или около 14,7 фунтов на квадратный дюйм .

    Соответственно, может ли атмосферное давление влиять на организм человека?

    Некоторые люди могут быть более чувствительны к погодным изменениям, испытывая большую скованность, боль и отек при снижении барометрического давления .Ученые предполагают, что падение атмосферного давления позволяет тканям (включая мышцы и сухожилия) набухать или расширяться.

    Каков нормальный диапазон барометрического давления? Вес атмосферы на поверхность ртути оказывает давление, передаваемое через жидкость, заставляя ее подниматься. Чем больше вес, тем выше подъем. Барометрическое давление редко поднимается выше 31 дюйма или падает ниже 29 дюймов. Нормальное давление на уровне моря составляет 29,92 дюйма .

    Что такое хорошее барометрическое давление?

    Показания барометра 30 дюймов (рт.ст.) считаются нормальными.Сильное высокое давление может достигать 30,70 дюймов, тогда как низкое давление, связанное с ураганом, может опускаться ниже 27,30 дюймов (измеренное поверхностное давление урагана Эндрю составляло 27,23 незадолго до его выхода на сушу в округе Майами-Дейд).

    22 связанных вопроса Ответы найдены


    Как атмосферное давление влияет на человека?

    Ученые предполагают, что падение давления воздуха позволяет тканям (включая мышцы и сухожилия) набухать или расширяться .Это оказывает давление на суставы, что приводит к усилению боли и скованности. Падение атмосферного давления может оказать большее влияние, если оно также сопровождается падением температуры.

    Что считается низким атмосферным давлением?

    Барометрическое значение ниже 29,80 дюйма ртутного столба обычно считается низким, а низкое давление связано с теплым воздухом и ливнями.

    Что такое хорошее давление воздуха?

    Показание барометра 30 дюймов (рт. ст.) считается нормальным.Сильное высокое давление может достигать 30,70 дюймов, тогда как низкое давление, связанное с ураганом, может опускаться ниже 27,30 дюймов (измеренное поверхностное давление урагана Эндрю составляло 27,23 незадолго до его выхода на сушу в округе Майами-Дейд). Согласно доктору

    Почему меня тошнит при изменении атмосферного давления?

    Когда наружное барометрическое давление снижается, это создает разницу между давлением наружного воздуха и воздуха в носовых пазухах .Это может привести к боли.

    Вызывает ли высокое атмосферное давление боль?

    Изменения барометрического давления вызывают расширение и сокращение связок, сухожилий и хрящей в суставе , что вызывает усиление боли.

    Влияет ли атмосферное давление на тревогу?

    Оказывается, погода может не только спровоцировать депрессию, но и может усугубить симптомы тревоги , согласно исследованию, проведенному Японским обществом психиатрии и неврологии.

    Является ли 1020 высоким барометрическим давлением?

    Барометрическое значение выше 30,20 дюйма ртутного столба обычно считается высоким, а высокое давление связано с ясным небом и безветренной погодой. Если показания выше 30,20 дюймов ртутного столба (102268,9 Па или 1022,689 мбар): повышение или постоянное давление означает сохранение хорошей погоды.

    Какой уровень атмосферного давления вызывает головную боль?

    В частности, мы обнаружили, что диапазон от 1003 до <1007 гПа , т.е.е., давление на 6–10 гПа ниже стандартного атмосферного давления, скорее всего, вызывало мигрень. В исследовании Mukamal et al. (2009), среднее атмосферное изменение составило 7,9 мм рт. ст., что согласуется с нашими выводами.

    Сколько миллибар считается высоким давлением?

    Помните, что стандартное давление на уровне моря составляет около 1013 миллибар, в то время как очень сильная система высокого давления зимой может иметь давление около 1050 миллибар .

    Рыба лучше клюет при низком или высоком давлении?

    Высокое давление (30.50 +/Чистое небо) — Поклевка рыбы от средней до медленной в более глубокой воде или вблизи укрытия при медленной рыбалке. Среднее давление (29,70 – 30,40/хорошая погода) – обычная рыбалка с использованием различных снастей или приманок в соответствии с потребностями рыбы. Низкое давление (29,60 и ниже/облачная/дождливая погода) – рыбалка замедляется.

    Может ли атмосферное давление вызывать головокружение?

    В таких случаях изменения барометрического давления могут вызвать модификацию сенсорных входов. Другие заболевания, такие как перилимфальный свищ или несостоятельность верхнего канала, также могут вызывать головокружение при изменении барометрического давления .В этих случаях изменения давления нарушают гидродинамику жидкостей внутреннего уха.

    При каком минимальном атмосферном давлении может выжить человек?

    Мы теряем сознание, когда давление падает ниже 57 процентов атмосферного давления — эквивалентно на высоте 15 000 футов (4572 метра). Альпинисты могут подниматься выше, потому что они постепенно приспосабливаются к падению кислорода, но никто не выживает долго без кислородного баллона выше 26 000 футов (7925 м).

    Могут ли люди ощущать барометрическое давление?

    Вам говорили, что вы человек-барометр, который может ощущать изменения барометрического давления? Вы не сумасшедший и вы не одиноки. Можно почувствовать, что буря приближается «в ваших костях» — или в вашей голове. … «Если атмосферное давление падает, это означает, что приближается шторм или какое-то изменение погоды», — доктор

    .

    Что происходит с людьми при низком давлении?

    Пониженное атмосферное давление также оказывает серьезное влияние на организм человека.Пониженное давление воздуха означает, что меньше кислорода поступает в организм . Чтобы легкие надулись, давление воздуха в них должно быть меньше, чем давление воздуха вне легких. Это связано с тем, что воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением.

    Какое минимальное давление воздуха может выдержать человек?

    Мы теряем сознание, когда давление падает ниже 57 процентов от атмосферного давления , что эквивалентно давлению на высоте 15 000 футов (4 572 метра).Альпинисты могут подниматься выше, потому что они постепенно приспосабливаются к падению кислорода, но никто не выживает долго без кислородного баллона выше 26 000 футов (7925 м).

    Какое минимальное давление может выдержать человек?

    Здесь указано, что мин. устойчивое давление составляет 0,15 атмосферы чистого кислорода , но это при условии соблюдения требований к дыханию.

    Что является примером низкого давления?

    Проще говоря, область низкого давления — это шторм.Примерами штормов являются ураганы и крупномасштабные явления дождя и снега (метели и норд-остеры) зимой. Грозы, включая торнадо , являются примерами небольших областей низкого давления. … Когда воздух в шторме поднимается, он охлаждается.

    Какое давление лучше всего подходит для ловли рыбы?


    Какое атмосферное давление лучше всего подходит для рыбалки?

    • Высокое давление (30,50 +/Чистое небо) — поклевка рыбы от средней до медленной в более глубокой воде или вблизи укрытия при медленной рыбалке.
    • Среднее давление (29,70 – 30,40/хорошая погода) – обычная рыбалка с использованием различных снастей или приманок в соответствии с потребностями рыбы.

    Почему я заболеваю каждый раз, когда меняется погода?

    Ваши глаза, легкие и слизистые оболочки носа также высыхают в условиях низкой влажности, что снижает вашу защиту от бактерий и вирусов . Кроме того, вирусы, как правило, выживают и легче размножаются при более низких температурах, что еще больше увеличивает риск заболевания.

    Могут ли изменения атмосферного давления вызывать усталость?

    Еще одной причиной чувства усталости или подавленности в дождливую погоду является влияние атмосферного давления. Более низкое атмосферное давление, которое обычно сопровождает штормовую погоду, снижает количество доступного кислорода в воздухе. Сонливость — один из первых признаков нехватки кислорода».

    Может ли атмосферное давление влиять на ваши глаза?

    Перед тем, как наступит непогода, атмосферное давление часто падает, а вместе с ним и ваше кровяное давление.У некоторых это может вызвать помутнение зрения и головокружение.

    Может ли погода повлиять на беременность? | Ваша беременность имеет значение

    Кажется, мы живем в мире экстремальных погодных условий. Буквально на прошлой неделе у нас были тропические штормы на восточном побережье и рекордно высокие температуры на западном побережье. Люди обеспокоены глобальным изменением климата, как общим повышением температуры, так и погодными явлениями, которые оно может вызвать.

    На протяжении всей истории многие люди задавались вопросом, существует ли связь между экстремальными погодными условиями и беременностью и исходами беременности.Это может звучать как «бабушкины сказки», но некоторые идеи настолько широко распространены, что научные исследования подвергли их проверке.

    Давайте рассмотрим некоторые из этих идей и действительно ли погода может повлиять на вашу беременность.

    Барометрическое давление и самопроизвольные роды

    Одним из первых предположений было то, что изменение барометрического давления влияет на беременность.

    Барометрическое давление — это, проще говоря, вес воздуха над нами. Он изменяется в зависимости от таких факторов, как температура окружающей среды, влажность и высота над уровнем моря.Вообще говоря, падение атмосферного давления связано со штормовой дождливой погодой, в то время как повышение атмосферного давления обычно означает хорошую погоду и солнечное небо впереди.

    Широко распространено мнение, что перепады давления снаружи и внутри тела могут вызывать симптомы внутри. Самый распространенный пример — изменения в ушах, когда вы садитесь в самолет. Люди также говорят о предсказании дождя по боли в коленях и локтях. Давление в суставах отличается от давления вне тела, что может привести к этим симптомам.Низкое атмосферное давление также может вызывать головные боли из-за перепада давления в носовых пазухах.

    Среди медицинских работников и медицинских сестер, занимающихся родами и родами, существует твердое убеждение, что падение атмосферного давления приводит к учащению спонтанного разрыва плодных оболочек и увеличению частоты спонтанных родов. В одном опросе три четверти медсестер L&D считали, что на это влияет погода. Большинство специалистов приходят к такому выводу, потратив несколько часов на работу в отделении родовспоможения.Просто кажется, что L&D становится немного более загруженной, когда портится погода. И это кажется правдоподобным, особенно учитывая другие эффекты барометрического давления на наши тела.

    Тем не менее исследования не смогли установить прочную научную связь между барометрическим давлением и спонтанными родами или разрывом плодных оболочек.

    Трудно получить хорошие научные измерения того, что произошло в отношении барометрического давления и последовательности событий во время родов для данного человека.Вы должны смотреть на район, в котором живет человек, отслеживать изменения давления и понимать, как быстро эти изменения произошли.

    Хотя некоторые исследования предполагают, что это явление действительно существует, в целом результаты неубедительны. Даже если это правда, величина важности, вероятно, невелика, учитывая все остальное, что происходит в организме во время беременности. Мы также ничего не можем сделать, чтобы повлиять на изменения атмосферного давления, поэтому, вероятно, не стоит слишком беспокоиться.

    Высокое кровяное давление и температура

    Исследователи также изучали другие заболевания и их связь с погодой.

    Очевидно, что в некоторых частях мира сезонность более выражена, чем в других. В Индии, например, изменения, связанные с сезоном дождей, изучались на предмет риска осложнений беременности, таких как преэклампсия и эклампсия. Одно исследование показало, что, хотя частота развития преэклампсии или высокого кровяного давления во время беременности не изменилась между сезоном дождей и засушливым сезоном, риск эклампсии (развития судорог) был значительно выше в сезон дождей.

    Это исследование обнаружило связь между сезоном дождей и риском эклампсии, но не обнаружило, что сезон дождей вызывает повышенный риск этого состояния. Есть большая разница. В это время года может происходить много других вещей, которые влияют на разницу в частоте эклампсии.

    Исследования на эту тему иногда противоречат друг другу, из-за чего сделать однозначные выводы еще сложнее. Например, в другом исследовании, проведенном в Бразилии, изучались гипертонические расстройства, и было обнаружено, что в более прохладные месяцы у людей выше вероятность высокого кровяного давления.Это прямо противоречит исследованию, посвященному сезону муссонов в Индии, который был более прохладным и влажным, чем в остальное время года, но при этом наблюдалось меньше случаев высокого кровяного давления во время беременности.

    Насколько жарко слишком жарко?

    Существует также проблема термостойкости. Если вы жили в сообществе, где в течение многих лет были высокие температуры, и вы привыкли к ним, будут ли эпизоды экстремальной жары влиять на вас так же, как на кого-то, кто, скажем, только что переехал из Аляски в Даллас в Июнь?

    Чтобы ответить на этот вопрос, в других исследованиях высокие температуры рассматривались не с точки зрения определенного предела температуры в градусах, а с точки зрения того, что является экстремальным для данного сообщества.Никто в сообществе не привык к температурам выше 90-го процентиля от того, что является нормальным для этого района. Использование этого подхода для конкретных сообществ может быть более эффективным и давать более точные результаты.

    Экстремальные температуры на ранних сроках беременности

    Этот подход был использован в недавнем исследовании Национального института детского здоровья и развития человека имени Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD).

    В исследовании рассматривались температуры на обоих концах спектра — выше 90-го процентиля и ниже 10-го процентиля.Было интересно отметить, что исследователи обнаружили, что как низкие, так и высокие температуры влияли на исходы беременности, даже несмотря на то, что воздействие происходило в первые семь недель беременности.

    Трудно сказать, почему может быть связь между погодой и ранним развитием. Это может быть связано с вариациями раннего развития плаценты, растущей в матке, или с изменением притока крови к матке, вызванным экстремальными температурами.

    Понятно, что это не особо влияет на наши рекомендации для вас — мы не можем контролировать погоду! — но интересно знать, что там может быть эффект.

    Рекомендации по работе с суровой погодой

    Как мы видели, исследования погоды очень неубедительны и, вероятно, не имеют клинического значения для любого отдельного пациента. Тем не менее эти идеи сохраняются. Существуют даже веб-сайты, которые отслеживают влияние погоды на роды и связанные с ними проблемы со здоровьем, такие как настроение и боли.

    Хотя мы не можем прийти к каким-либо твердым выводам, есть некоторые рекомендации по работе с ненастной погодой, о которых мы хотели бы, чтобы пациенты подумали.

    1. Сохраняйте прохладу летом

    В жаркие дни отдых у бассейна не вреден для вас и вашего ребенка, а плавание в воде может сделать вас более комфортным, так как это уменьшает тяжесть ребенка. Но избегайте жары и обезвоживания и обильно наносите солнцезащитный крем. Перегрев и обезвоживание могут быть опасны как для вас, так и для ребенка, поэтому обязательно сделайте перерыв внутри, если вам станет слишком жарко.

    2. Будьте осторожны в ненастную погоду

    Если в день, когда вы должны посетить офис, будут снежные бури или плохие дорожные условия, пожалуйста, перенесите встречу.Как правило, посещение встречи в определенный день не имеет решающего значения, и мы бы предпочли, чтобы вы были в безопасности дома.

    3. Будьте осторожны при ходьбе по снегу и льду

    Будьте очень осторожны при ходьбе по улице, когда на земле лежит снег или лед. Ваш центр тяжести отличается, и вы можете легче потерять равновесие. Мы видим много беременных, поступивших на наблюдение после падений в периоды ненастной погоды.

    4. Правильно пристегните ремень безопасности

    Если вы оказались за рулем в ненастную погоду, убедитесь, что ремень безопасности пристегнут и находится в правильном положении.Поясной ремень должен быть ниже вашего живота, а плечевой ремень должен располагаться между грудью и через плечо.

    Для получения дополнительной информации о беременности, родах и родоразрешении подпишитесь на получение уведомлений по электронной почте Your Pregnancy Matters, когда мы публикуем новые статьи. Вы также можете записаться на прием к одному из наших специалистов, позвонив по телефону 214-645-8300.

    Влияние погоды и времени года на объем человеческого мозга

    Abstract

    Мы представляем исследовательский перекрестный анализ влияния времени года и погоды на объемы мозга, полученные Freesurfer из выборки 3279 здоровых людей, собранных на двух МРТ-сканерах в Хартфорде, Коннектикут, США за 15-летний период.Погодные и сезонные эффекты анализировались с использованием единой модели линейной регрессии с возрастом, полом, движением, последовательностью сканирования, временем суток, месяцем года и отклонением от среднего барометрического давления, температуры воздуха и влажности в качестве ковариантов. Коррекция FDR для множественных сравнений применялась к группам неперекрывающихся областей интереса. Выявлены достоверные отрицательные связи между левой и правой корой мозжечка и давлением (t = -2,25, p = 0,049; t = -2,771, p = 0,017). Значимые положительные отношения были обнаружены между левой и правой корой мозжечка и белым веществом между сравнениями января/июня и января/сентября.Были обнаружены значительные отрицательные отношения между несколькими подкорковыми ROI для летних месяцев по сравнению с январем. Противоположный эффект наблюдался между супра- и инфратенториумом с противоположным направлением действия зимой и летом. Величина d-эффекта Коэна по ежемесячным сравнениям была аналогична тем, о которых сообщалось в недавних психиатрических публикациях с большими данными, что повышает вероятность того, что сезонные изменения и погода могут быть смешаны в больших когортных исследованиях. Кроме того, ранее не сообщалось об изменениях объема мозга из-за естественных изменений окружающей среды, которые могут иметь значение для связанных с погодой и сезонных заболеваний.

    Образец цитирования: Book GA, Meda SA, Janssen R, Dager AD, Poppe A, Stevens MC, et al. (2021) Влияние погоды и времени года на объем человеческого мозга. ПЛОС ОДИН 16(3): е0236303. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236303

    Редактор: Марина А. Павлова, Университетские больницы Тюбингена: Universitatsklinikum Tubingen, GERMANY

    Поступила в редакцию: 1 июля 2020 г.; Принято: 26 февраля 2021 г .; Опубликовано: 24 марта 2021 г.

    Авторское право: © 2021 Book et al.Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Доступность данных: Все соответствующие данные содержатся в рукописи и файлах вспомогательной информации.

    Финансирование: Автор(ы) не получали специального финансирования для этой работы.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

    Введение

    Несколько исследований, посвященных изучению влияния погоды и времени года на организм человека, выявили взаимосвязь между этими факторами окружающей среды и заболеваемостью или тяжестью заболевания. Было обнаружено, что продажи лекарств от головной боли увеличиваются при снижении барометрического давления, а показатели спонтанной доставки увеличиваются при снижении барометрического давления [1,2]. Было изучено влияние окружающей среды на конкретные заболевания, включая рассеянный склероз (РС), шизофрению и болезнь Альцгеймера.Была обнаружена значительная взаимосвязь между зимними условиями и более высокой частотой возникновения или рецидива рассеянного склероза [3]. Аналогичная зависимость была обнаружена между частотой рецидивов рассеянного склероза и широтой, в которой проживал больной, причем частота увеличивалась по мере удаления от экватора [4]. Наблюдалась связь между сезоном и дебютом шизофрении и психоза с более сильным эффектом у мужчин [5,6]. Было обнаружено, что сезонные ритмы экспрессии генов прерываются болезнью Альцгеймера [7].Сезон и погодные связи с симптомами были исследованы с точки зрения общественного здравоохранения, но основная биологическая реакция на факторы окружающей среды не была так широко изучена. Исследование показало связь между объемом гиппокампа и моделируемым фотопериодом [8]. В одном исследовании изучалось влияние времени суток на продольную выборку из 755 МС и 834 пациентов с болезнью Альцгеймера [9], а во втором исследовании изучалась контролируемая выборка из 19 здоровых молодых людей [10]. Оба исследования показали, что общий объем мозга уменьшается в течение дня.Исследования познания обнаружили сезонную периодичность, связанную с выполнением задач [11,12].

    При отсутствии исследований воздействия окружающей среды на биологические изменения у людей в качестве отправной точки можно использовать исследования на животных. Реакция человека на экологические ритмы может быть аналогична реакции животных, поскольку животные часто меняют свою физиологию, чтобы приспособиться к меняющимся сезонным потребностям в энергии. Исследования на животных выявили сезонные структурные изменения гиппокампа, общего объема мозга и размера черепа у млекопитающих, амфибий и птиц [13–17].Изучение сезонных изменений объема мозга обыкновенной бурозубки показало, что мозжечок увеличивается в объеме на 8,0% от лета к зиме, а остальная часть мозга уменьшается в объеме на 11,5% [13]. Тенториум, по-видимому, действует как разделитель между направлениями воздействия в этом исследовании, и у мужчин наблюдались гораздо более сильные эффекты.

    Изменение дневного света является важным фактором в сезонных исследованиях, но лишь немногие исследования учитывали погодные условия, и ни одно исследование не изучало влияние погоды на объем мозга.Погоду часто описывают как температуру, осадки и скорость ветра, но наиболее важным фактором погоды является атмосферное давление. Воздух перемещается из областей высокого давления в области низкого, неся с собой ветер, изменения температуры и осадки. В отличие от температуры и влажности, которые хорошо контролируются в условиях МРТ-сканирования, давление вездесуще и, следовательно, является хорошей погодной переменной для изучения. Явление, похожее на изменения барометрического давления, которое было изучено, представляет собой влияние высотного воздействия на объем мозга.Воздействие на большой высоте (HA) было изучено на людях, и были проведены измерения объема мозга. Трехмесячное воздействие ГК вызвало увеличение объема мозга в одном исследовании [18]. При давлении на уровне моря, но в условиях невесомости у космонавтов было обнаружено изменение объема мозга после 189 дней пребывания в космосе [19].

    Изучение сезонных и погодных изменений объема мозга лучше всего анализировать с использованием очень большого набора данных. Используя выборку здоровых контрольных субъектов, собранную в Исследовательском центре нейропсихиатрии Олина, расположенном в Хартфорде, штат Коннектикут, США за 15-летний период, мы исследовали влияние факторов окружающей среды, времени года и погоды на объем мозга.Хартфорд — идеальное место для проверки погодных и сезонных эффектов, потому что он находится почти на уровне моря, имеет четыре различных сезона и широкий спектр погодных условий. Поскольку погода тесно связана с сезоном, мы пытаемся разделить влияние погоды и времени года. Помимо изучения погодных и сезонных эффектов, мы попытались воспроизвести предыдущие выводы о дневном влиянии на объем мозга и изменении объема гиппокампа в зависимости от времени года. Мы дополнительно сравнили величину эффекта, обнаруженную в этом исследовании, с величиной, обнаруженной в крупномасштабных исследованиях нейровизуализации.

    Материалы и методы

    Сбор и обработка данных визуализации

    Данные визуализации были собраны ретроспективно из примерно 12 600 структурных Т1-взвешенных МРТ, полученных в период с августа 2003 г. по октябрь 2018 г. в Исследовательском центре нейропсихиатрии Олина, Институт жизни, в Хартфорде, Коннектикут, США. Субъекты, получившие МРТ-сканирование, были привлечены к индивидуальным нейропсихиатрическим исследованиям. Институциональный наблюдательный совет больницы Хартфорд рассмотрел и одобрил исследования, в рамках которых были собраны эти данные.Эти субъекты получили полное описание исследований, в которых они участвовали, и от участников исследования было получено письменное согласие. Сканирование проводилось на МРТ Siemens Allegra 3T, предназначенном только для головы, и на МРТ-сканере Siemens Skyra 3T (Siemens Medical Solutions, Malvern PA). Шесть последовательностей структурных импульсов МРТ T1 использовались между двумя сканерами МРТ (таблица 1). Изображения анализировались автоматически с использованием Freesurfer 6.0 [20] и команды recon-all с опциями -all и -notal-check. Вычислительный анализ был выполнен с использованием экземпляра базы данных нейроинформатики (NiDB) [21] и занял 195 000 часов (22.5 лет) процессорного времени на 300-ядерном кластере Linux. Подкорковые и сводные области интереса были извлечены с использованием стандартного атласа автоматической подкорковой сегментации (aseg) [22]. Сводные ROI, использованные для анализа, включали BrainStem, SubCortGrayVol, CortexVol и CerebralWhiteMatterVol. Боковые ROI, использованные для анализа, включали левую и правую миндалину, хвостатое тело, кору мозжечка, белое вещество мозжечка, гиппокамп, паллидум, скорлупу, таламус, белое вещество и кору головного мозга.Все области интереса были скорректированы с учетом предполагаемого общего внутричерепного объема (eTIV), чтобы исключить влияние объема головы.

    Недавние публикации указывают на то, что движение головы связано с уменьшением объемов Freesurfer. Чтобы учесть возможное движение субъекта, для набора данных каждого субъекта была рассчитана метрика движения с использованием методов, описанных в статье Рейтера и др. [23]. Движение оценивалось по любым временным рядам фМРТ, собранным в том же исследовании изображений, что и Т1, с не менее чем 100 собранными временными точками.Данные временных рядов могли быть сканированием задачи или состояния покоя. Эти оценки движения были рассчитаны путем выполнения жесткой перестройки с использованием инструмента FSL MCFLIRT [24]. Была рассчитана производная результирующей коррекции движения, дающая значение смещения в миллиметрах между соседними временными точками, которое игнорирует эффект медленного физического движения в сканере. Рассчитывали среднеквадратичное значение (RMS) максимального смещения в направлениях x, y и z, при этом наибольшее значение использовалось в качестве переменной «движения» для последующего статистического анализа.

    После обработки данных изображения с помощью Freesurfer и FSL была проведена очистка и контроль качества. Критерии исключения включали: лица с инвалидным возрастом, инвалидный/неизвестный пол, случайные находки (опухоли, аневризмы, АВМ и т. д.), черепно-мозговую травму в анамнезе, участие в предоперационных картографических исследованиях и неполные анализы Freesurfer и/или данные фМРТ. Произвольные отсечки, определенные при визуальном просмотре данных, использовались для исключения анализов с выпадающими результатами; наборы данных с отношением BrainSegVol-к-eTIV (оценочный общий внутричерепной объем) больше 1.05 или менее 0,6 были исключены, а также eTIV менее 900 000 мм 3 . Из-за размера оставшегося образца ручное редактирование сегментированных поверхностей Freesurfer не выполнялось. Тем не менее, визуализированные изображения карт пиальной поверхности были просмотрены, и неправильно сегментированные объекты были исключены. Также были изучены эскизы необработанных данных T1, и субъекты с видимыми артефактами (обычно связанными с движением) были исключены. Для субъектов с более чем одним сканированием было включено только самое последнее МРТ-сканирование, чтобы попытаться сбалансировать выборку от более молодого среднего возраста.После всех проверок качества и очистки данных осталось 6 139 испытуемых.

    Данные визуализации были объединены из более чем 150 отдельных исследовательских проектов, в которых в основном изучались психические расстройства — каждый с разными критериями включения, разными определениями здоровых , контрольных и пациентов , а также с разным уровнем детализации диагнозов. Некоторые люди прошли полное структурированное клиническое интервью (SCID) для определения диагноза DSM, но большинство участников не проходили официальное психиатрическое диагностическое интервью.Многим людям не поставили диагноз, но они были включены в проекты, в которых участвовали исключительно «здоровые» участники. Субъекты с диагнозом шизофрения, биполярное расстройство, психоз, большая депрессия, болезнь Альцгеймера, черепно-мозговая травма и аутизм были исключены. Субъекты, которые не были явно помечены как «здоровые», но были зачислены в проекты, в которых также участвовали эти диагнозы, были исключены из анализа. Осталось 4039 субъектов, явно помеченных или неявно определенных как «здоровые контроли».В оставшуюся выборку вошли лица в возрасте от 9 до 93 лет. Субъекты моложе 18 лет были исключены для устранения возможных эффектов развития, а субъекты старше 65 лет были исключены для устранения возможных эффектов старения, оставив для анализа 3279 здоровых людей.

    Данные контроля качества МРТ

    Данные контроля качества (QC)

    МРТ собирались полурегулярно в течение периода анализа. Сканирование МРТ QC было получено на МРТ Allegra с использованием последовательности импульсов MPRAGE (многоплоскостное быстрое получение градиентного эха) (256x240x260 вокселей, 1.Размер вокселя 3x1x1 мм, TR 2300 мс, TE 2,91 мс, угол поворота 9°) на фантоме ADNI (The Phantom Laboratory, https://www.phantomlab.com/magphan-adni). Сканирование QC было получено на Skyra MRI с использованием последовательности MPRAGE (176x240x256 вокселей, размер вокселя 1,1×1,1×1,2 мм, 2300 мс TR, 2,95 мс TE, угол поворота 9°) на маленьком фантоме ACR (Newmatic Medical, Каледония, Мичиган) . Отношение сигнал/шум (SNR) рассчитывали путем деления сигнала (средняя интенсивность незашумленных областей) на шум (средняя интенсивность углов объема изображения).

    Данные об окружающей среде

    Данные о погоде были получены с помощью инструмента поиска местных климатологических данных (LCD) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) за период с 4 августа 2003 г. по 30 октября 2018 г. из международного аэропорта Брэдли, который является ближайшей метеостанцией с прилегающими данные за период времени (https://www.ncdc.noaa.gov/cdo-web/datatools/lcd). Аэропорт Брэдли расположен в 12 милях (20 км) от места проведения МРТ на высоте 170 футов (51,5 м).8м). Высота Olin Center составляет примерно 110 футов (33,5 м). Набор данных ЖК-дисплея содержал почасовые погодные переменные, используемые в анализе: температура по сухому термометру (температура в градусах Цельсия), относительная влажность (влажность в %), давление на станции (барометрическое давление в дюймах ртутного столба). При анализе использовалось ближайшее почасовое измерение ко времени начала сканирования T1. Классификация климата Кеппена определяет Хартфорд, штат Коннектикут, США, как влажный континентальный климат (Dfa), характеризующийся жарким летом, холодной зимой и хорошо распределенными круглогодичными осадками с четырьмя четко выраженными сезонами [25].Для простоты астрономический сезон был определен как начинающийся с 21 по день марта, июня, сентября и декабря, так что дни 80–171 года были обозначены весной, дни 172–263 — летом, дни 264–354. помечен как осень, а все остальные дни помечен как зима. Время сканирования было получено из заголовка DICOM для серии T1. Поскольку время года, температура и влажность сильно коррелированы, мы попытались разделить влияние времени года и погоды, используя отклонение погодных переменных от среднего месячного значения.Среднемесячные температура, давление и влажность рассчитывались за 15-летний период, из которых рассчитывалось отклонение от среднемесячных значений погоды в отдельные моменты времени сканирования. Это отклонение от среднемесячного затем использовалось в анализе и обозначалось как давление , температура и влажность . Этот метод отличает влияние времени года от влияния отклонения от нормальных погодных условий; т. е. является эффектом температуры, потому что температура самая высокая в июле или из-за того, что температура выше средней в любой данный день года.

    Статистический анализ

    Мы хотели определить, связаны ли наблюдаемые эффекты с погодой или временем года, поэтому была использована линейная модель, в которой каждая ROI FreeSurfer служила зависимой мерой, а также возрастом, движением, полом, временем суток и отклонением. от давления/температуры/влажности были независимыми непрерывными переменными, а последовательность сканирования и месяц были категориальными переменными. ROI были выбраны, потому что они представляли собой весь мозг или сводные области (общий объем серого вещества, объем коры и т. д.) или определенные структуры (миндалевидное тело, скорлупа и т. д.), которые упоминались в ограниченной предшествующей литературе.Внутричерепной объем (ICV) может изменяться с возрастом, но не был включен в модель из-за его сильной корреляции с возрастом. Из-за предыдущих доказательств половых различий в объеме мозга аналогичные анализы проводились только для мужчин и только для женщин. Анализы были выполнены с использованием статистического пакета программного обеспечения R (http://r-project.org), и были отмечены значимые результаты с p <0,05 с использованием коррекции FDR для множественных сравнений между неперекрывающимися группами ROI. Дополнительные апостериорные t-тесты были выполнены для каждой области интереса для сравнения месяц-месяц.Были отмечены нескорректированные значения p менее 0,05. Рассчитывалась процентная разница объема от среднего и размер эффекта Коэна d интересующего фактора между месяцами. Для графических целей для каждой области интереса был рассчитан месячный процент, отличающийся от среднегодового значения.

    Данные об индексе массы тела были доступны только для 517 из 3279 субъектов, включенных в основной анализ. Был проведен отдельный анализ этого подмножества с использованием ИМТ в качестве ковариации, и результаты были включены в дополнительные таблицы 2 и 3 в файле S1.

    Результаты

    субъектов

    Субъекты в возрасте от 18 до 65 лет со средним возрастом 32,4 (+/- 13,5) года; 1779 женщин (33,4 ± 14,2 года) и 1500 мужчин (31,3 ± 12,6 года). Парные t-критерии по месяцам, с поправкой на FDR для множественных сравнений, не показали существенных различий в последовательности сканирования или движении. Значительные различия были обнаружены при сравнении одного месяца с месяцем по полу (дополнение к таблице 1b в файле S1) и восьми месяцев по сравнению с возрастом (дополнение к таблице 1a в файле S1), и никаких существенных различий по движению или типу сканирования по месяцам.Данные контроля качества МРТ не выявили связи между фантомным ОСШ и временем года.

    Погода

    Данные о погоде были доступны в течение +/- двух часов для 91,4% сканирований в наборе данных. Для остальных наборов данных использовались ближайшие погодные измерения в течение шести часов. Минимальные и максимальные измерения давления, температуры и влажности во время МРТ-сканирования варьировались от -16,1 ° C до 38,3 ° C, от 10% до 100%, от 28,82 до 30,51 дюйма ртутного столба соответственно.

    Погодные эффекты

    Давление было отрицательно связано с супратенториальным и хвостатым объемами, в то время как объемы коры мозжечка и белого вещества были положительно связаны с давлением (таблица 2).Температура и влажность не были связаны с изменениями в каких-либо областях мозга. Эффекты давления были обнаружены только у женщин и только в супратенториальном, левом/правом мозжечке и белом веществе правого мозжечка.

    Сезонные эффекты

    Несколько ROI показали значительную связь со сравнениями января-июня и января-августа (таблица 2). Более подкорковые ROI значительно отличались от января для июля месяца у мужчин и августа для женщин (таблицы 3 и 4).У самок действительно наблюдались значительные различия в объеме гиппокампа в период с января по август (таблица 4). Нескорректированные t-критерии постфактум по месяцам показали, что объем подкоркового серого вещества уменьшился с января по август ( p = 0,003, d Коэна = -0,228) и увеличился с августа по декабрь ( p = 0,013, Коэна). д = 0,203). Левая и правая кора мозжечка увеличилась в объеме в период с января по июнь ( p = 0,003, d Коэна = 0,221; p = 0.011, d Коэна = 0,202) и уменьшался в период с июля по декабрь ( p < 0,001, d Коэна = -0,262; p = 0,007, d Коэна = -0,211). Изменения от летних месяцев к зимним были положительными для супратенториальных ROI и отрицательными для инфратенториальных ROI (табл. 2). Объемы мозжечка и подкорки демонстрировали противоположные направления в зависимости от времени года (рис. 1). Объемы мозжечка мужчин и женщин демонстрировали различные тенденции в течение года с пиками, приходящимися на разные месяцы (рис. 2).

    Рис. 1. Сравнение объемов коры и подкорки мозжечка.

    Графики, выровненные по среднегодовому значению для каждой области интереса. Коробчатая диаграмма указывает на стандартную ошибку, а дополнительные линии указывают на 95% доверительный интервал. Толстая линия указывает средний объем.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236303.g001

    Рис. 2. Ежемесячные тренды процентной разницы от среднегодовой в коре левого и правого мозжечка, а также в белом веществе левого и правого мозжечка, в самцы и самки.

    На этом рисунке показаны пики тренда в разное время года, но он приведен только в иллюстративных целях, и не все сравнения между месяцами были статистически значимыми.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236303.g002

    Сравнение размера эффекта

    Было проведено сравнение величины эффекта между этим исследованием и ранее опубликованными крупномасштабными исследованиями на примере консорциума ENIGMA. ENIGMA опубликовала несколько крупномасштабных исследований, сравнивающих объемы ROI, полученные Freesurfer, между контрольной группой и пациентами при различных заболеваниях.Анализ 2028 больных шизофренией и 2540 человек из контрольной группы выявил значительные различия в гиппокампе, миндалевидном теле, таламусе и боковых желудочках [26]. Величина эффекта различий в объеме таламуса между популяциями в анализе ENIGMA составила 0,31 (разница 2,74%), по сравнению с величиной эффекта Коэна d между мартом и августом в левом и правом таламусе в выборке Олина 0,213 (2,98%). %) и 0,216 (2,94%). Сравнение 1728 пациентов с большим депрессивным расстройством (БДР) и 7199 человек из контрольной группы показало значительную разницу между популяциями в гиппокампе (1.25%, Коэн d = 0,144) [27]. Величина эффекта Марта против Августа Коэна d для таламуса у женщин в этом исследовании (-0,334 [L]; -0,329 [R]) была почти такой же, как величина эффекта в другой статье (0,358 [L]; 0,368 [R]. R]), в котором сравнивались 1026 пациентов с эпилепсией и 1727 человек из контрольной группы [28]. Исследование 2140 потребителей психоактивных веществ и 1100 человек из контрольной группы, по сравнению с этим исследованием, выявило большие размеры эффекта в этом исследовании в правой миндалине (0,271 > 0,111), левом и правом гиппокампе (0,296, 0,111).287 > 0,196, 0,180), лево- и право-скорлупа (0,348, -0,358 > 0,098, 0,080), правый таламус (0,329 > 0,098) [29]. Результаты этих четырех статей перечислены рядом с наиболее значительными эффектами, обнаруженными в этом исследовании (таблица 5).

    Обсуждение

    Сезон и погода оказывают известное и ощутимое влияние на организм человека, и мы обнаружили доказательства ранее неизмеримых изменений объема мозга. Мы не смогли воспроизвести значительное влияние времени суток на ROI объема мозга, но смогли воспроизвести сезонный эффект на объем гиппокампа, но только у женщин.Изменения времени суток, о которых сообщалось в других исследованиях, были связаны со статусом гидратации, и мы предположили, что экстремальные погодные условия, такие как жаркий сухой день или прохладный влажный день, могут отражаться на объеме мозга. В нашем основном анализе не наблюдалось никакой связи между временем суток и объемом мозга. При контроле других факторов изменения влажности и температуры по сравнению с нормальными не влияли на объемы мозга, что позволяет предположить, что нормальные изменения статуса гидратации могут не оказывать заметного влияния на объем мозга.Результаты других исследований показали неоднозначные результаты в отношении того, значительно ли влияет состояние гидратации на объемы мозга, измеренные по изображениям МРТ [30,31].

    Биологическое значение

    Многие последствия для здоровья и заболевания связаны с сезоном или погодой. Приблизительно 5% населения США испытывает сезонное аффективное расстройство в данный год [32]. Головная боль может иметь триггер, связанный с погодой, о чем свидетельствуют значительно более высокие продажи безрецептурных лекарств от головной боли, когда атмосферное давление упало накануне [33].Исследования влияния погоды на мигрень показали смешанные результаты [1,34,35]. Хотя это и не связано с неврологией, падение барометрического давления вызывает повышенный риск спонтанных родов на головку [2]. Наши результаты показывают, что изменения барометрического давления оказывают большее влияние на объем мозга женщин, чем мужчин, поэтому изменения барометрического давления могут влиять на женщин по-разному.

    Удивительным результатом этого исследования стало то, что супратенториальные области увеличиваются в объеме при приближении «плохой» погоды — будь то падение атмосферного давления или приближение зимы, — но объемы мозжечка и ствола мозга изменяются в противоположном направлении.Хотя эти уравновешивающие эффекты на различные части мозга не поддаются простому объяснению, они не беспрецедентны для млекопитающих. Такие сезонные изменения объема мозга аналогичны изменениям объема мозга обыкновенной бурозубки, при этом тенториум действует как разделитель между направлениями воздействия, а у самцов изменения больше, чем у самок. Направления изменения объема у землеройки противоположны таковым у людей в зависимости от времени года, однако это может зависеть от средней продолжительности жизни землеройки в полтора года. Кровоснабжение инфра- и супратенториальной областей осуществляется по разным сосудам, что может быть причиной разнонаправленных изменений объемов.Сильный эффект сезонности дает возможное объяснение изменения уровня витамина D. Предыдущие исследования выявили отрицательную связь между уровнем витамина D и внутричерепным объемом, а также витамином D и временем года. Субъекты с более низким уровнем витамина D показали больший объем внутричерепного и белого вещества [36], а более низкие уровни витамина D обнаруживаются зимой [37]. Хотя эта гипотеза является спекулятивной, ее можно проверить на субъектах, которым предписано воздействие света в зимние месяцы в различных условиях.

    Возможное объяснение изменений объема головного мозга связано с изменением кровотока, поскольку предыдущие исследования обнаружили сезонный эффект на амбулаторное артериальное давление [38,39]. Кровоток, связанный с барометрическим давлением, также может дать объяснение. Снижение барометрического давления, связанное с увеличением инфратенториального объема, обнаруженное в этом исследовании, можно объяснить сосудистой реакцией на доступный уровень кислорода. Концентрация кислорода в атмосфере в погодной системе низкого давления (28.5 дюймов ртутного столба на уровне моря) аналогичен уровню кислорода (97% от нормы) на высоте 400 м над уровнем моря. Более низкая концентрация кислорода в крови (SpO 2 ) связана с более низким барометрическим давлением [40]. Визуализирующее исследование мышей, подвергшихся воздействию низких уровней O 2 , показало, что объем макроциркуляторного русла уменьшился, а кровоток в микроциркуляторном русле увеличился [41]. Ткани требуют больше крови для доставки того же количества кислорода в среде с низким содержанием O 2 и, таким образом, могут вызвать небольшое и временное изменение объема мозга.Однако это не объясняет, почему мозжечок следует схеме, отличной от остального мозга. Различия в направлении эффекта между над- и интра-тенториумом могут быть связаны с кровеносными сосудами, снабжающими эти две области мозга, поскольку мозжечок и ствол головного мозга имеют другое кровоснабжение, чем головной мозг [42].

    Поскольку предполагалось, что объемы мозга являются постоянными, за исключением эффектов старения, в немногих исследованиях изучались мелкозернистые (ежедневные или еженедельные) МРТ-сканы в течение продолжительных периодов времени.Воспроизведение изменений, обнаруженных в этом анализе, лучше всего проверять с использованием одного субъекта или группы субъектов, сканируемых ежедневно в течение всего года. Такие данные подтвердят, являются ли эффекты, наблюдаемые в этом исследовании, биологическим эффектом или обнаруживаются только на групповом уровне в гетерогенной группе. Любой вывод будет важен для интерпретации крупномасштабных гетерогенных исследований.

    Исследование биологической причины таких больших объемных изменений может иметь клиническое значение, включая то, почему изменения объема наблюдаются в противоположных направлениях в супратенториуме и инфратенториуме.Дальнейшее изучение этих изменений может быть информативным для сезонных расстройств или обнаружить ранее неизвестные сезонные эффекты для других заболеваний. С чисто статистической точки зрения добавление сезонных и погодных переменных к анализу больших данных может повысить точность, особенно если анализ включает географические объекты, в которых эти переменные сильно различаются.

    Факторы окружающей среды как помехи

    Второстепенная цель этого исследования состояла в том, чтобы сравнить размеры эффекта между факторами окружающей среды и другими документами по большим данным, чтобы увидеть, нужно ли рассматривать факторы окружающей среды как путаницу при выполнении крупных межсайтовых анализов.Многие исследования начали собирать большие выборки пациентов с психическими расстройствами, чтобы найти доказательства того, что определенные психиатрические диагнозы могут иметь другую структуру мозга, чем у непациентов [43]. Величина эффекта изменения объема мозга, наблюдаемая в этом исследовании, показывает возможную путаницу в этом подходе к анализу больших данных, поскольку в некоторых случаях эти величины эффекта были больше, чем величины эффекта сравнения пациентов и контроля в недавнем анализе больших данных. Это потенциально представляет значительную путаницу при выводах о популяции пациентов/контроля, если эти другие источники изменчивости не контролируются.Было показано, что изменения температуры окружающей среды и барометрического давления, как известно, влияют на артериальное давление и насыщение кислородом и считаются помехой для точного измерения основных показателей жизнедеятельности в клинических условиях [40,44]. Наши сравнения показывают, что подобные искажения, связанные с барометрическим давлением и временем года, также могут иметь место в нейровизуализационных исследованиях.

    При выполнении анализа больших выборок многие неизвестные факторы могут повлиять на результаты. Текущие результаты показывают, что сбор данных должен быть единообразным в течение всего сезона, но также должно быть стандартной практикой статистическое моделирование сезонных колебаний в географических районах, где сезоны отличаются друг от друга и широко варьируются.Вероятно, важно включать барометрическое давление в качестве статистической ковариаты при использовании данных, собранных в местах сбора данных, отличающихся климатологическими особенностями. Вполне возможно, что исследование случай-контроль набирает большинство пациентов в начале проекта зимой и заполняет контрольную группу следующим летом. Сканирование большего количества субъектов одной группы за сезон может отражать эффект, наблюдаемый при анализе случай-контроль, тем более что эффекты, наблюдаемые в этих анализах, уже несколько малы.

    Ограничения

    Многие демографические и фенотипические переменные не были собраны для всех субъектов, использованных в этом анализе. Такие переменные, как раса, этническая принадлежность, образование, ИМТ, прием лекарств, менструальный цикл, рекреационное употребление наркотиков и статус курения, были собраны только у небольшой подгруппы субъектов, и эти подгруппы часто не перекрывались, регистрировались непоследовательно между проектами или в основном просто недоступен из-за недоступности бумажных записей.

    Благодарности

    Мы хотели бы поблагодарить всех бывших и нынешних сотрудников Исследовательского центра нейропсихиатрии Олина за 15 лет сбора данных МРТ и отдельных проектов, в рамках которых были собраны данные.

    Каталожные номера

    1. 1. Хоффманн Дж. и др. Влияние погоды на мигрень — предсказуемы ли приступы мигрени? Ann Clin Transl Neurol, 2015. 2(1): с. 22–8. пмид:25642431
    2. 2. Акутагава О., Ниси Х. и Исака К. Спонтанные роды связаны с атмосферным давлением. Arch Gynecol Obstet, 2007. 275(4): с. 249–54. пмид:17004080
    3. 3. Ма Дж. и Чжан С., [Взаимосвязь между сезоном/широтой и рассеянным склерозом].Чжунхуа Нэй Кэ За Чжи, 2015. 54(11): с. 945–8. пмид:26759213
    4. 4. Спелман Т. и др. Сезонные колебания частоты рецидивов рассеянного склероза зависят от широты. Энн Нейрол, 2014. 76(6): с. 880–90. пмид:25283272
    5. 5. Халлам К.Т. и др. Сезонные влияния на госпитализацию при первом эпизоде ​​аффективного и неаффективного психоза. Acta Neuropsychiatr, 2006. 18 (3–4): с. 154–61. пмид:26989967
    6. 6. Оуэнс Н. и Макгорри П.Д., Сезонность появления симптомов при первом эпизоде ​​шизофрении.Psychol Med, 2003. 33(1): с. 163–7. пмид:12537047
    7. 7. Лим А.С. и др., Суточные и сезонные молекулярные ритмы в неокортексе человека и их связь с болезнью Альцгеймера. Нац коммуна, 2017. 8: с. 14931. pmid:28368004
    8. 8. Миллер М.А. и др., Фотопериод связан с объемом гиппокампа в большой выборке сообщества. Гиппокамп, 2015. 25(4): с. 534–43. пмид:25394737
    9. 9. Накамура К. и др., Суточные колебания объема мозга: Статистический анализ МРТ больших групп населения.Нейроимидж, 2015. 118 с. 126–32. пмид:26049148
    10. 10. Трефлер А. и др., Влияние времени суток на морфометрические показатели мозга, полученные с помощью Т1-взвешенной магнитно-резонансной томографии. Нейроимидж, 2016. 133 с. 41–52. пмид:264
    11. 11. Мейер К. и др. Сезонность когнитивных реакций мозга человека. Proc Natl Acad Sci U S A, 2016. 113(11): с. 3066–71. пмид:26858432
    12. 12. Лим А.С.П. и др., Сезонная пластичность познания и связанные с ней биологические показатели у взрослых с болезнью Альцгеймера и без нее: анализ нескольких когорт.PLoS Med, 2018. 15(9): с. е1002647. пмид:30180184
    13. 13. Лазаро Дж. и др. Глубокие сезонные изменения размера и строения мозга обыкновенной бурозубки. Brain Struct Funct, 2018. 223(6): с. 2823–2840. пмид:29663134
    14. 14. Луо Ю. и др., Сезонность и размер мозга отрицательно связаны у лягушек: свидетельство дороговизны структуры мозга. науч. респ., 2017. 7(1): с. 16629. pmid:284
    15. 15. Клейтон Н.С., Ребореда Дж.К., Касельник А., Сезонные изменения объема гиппокампа у паразитических воловьих птиц. Поведенческие процессы, 1997. 41(3): с. 237–43. пмид:24896856
    16. 16. Эдвардс Ф.А. и Гейдж П.В., Сезонные изменения тормозных токов в гиппокампе крыс. Neurosci Lett, 1988. 84(3): с. 266–70. пмид:3352952
    17. 17. Яскин В.А. Сезонные изменения размеров гиппокампа и пространственного поведения у млекопитающих и птиц. ЖОбщ Биол, 2011. 72(1): с. 27–39. пмид:21469347
    18. 18. Фан С.и др., Обратимые аномалии головного мозга у людей без признаков горной болезни во время пребывания на большой высоте. науч. респ., 2016. 6: с. 33596. pmid:27633944
    19. 19. Ван Омберген А. и др., Изменения объема мозговой ткани у космонавтов. N Engl J Med, 2018. 379(17): с. 1678–1680 гг. пмид:30354959
    20. 20. Фишл Б., FreeSurfer. Нейроимидж, 2012. 62(2): с. 774–81. пмид:22248573
    21. 21. Книга Г.А. и др., База данных нейроинформатики (NiDB) — модульная переносимая база данных для хранения, анализа и обмена данными нейровизуализации.Нейроинформатика, 2013. 11(4): с. 495–505. пмид:237
    22. 22. Фишл Б. и др. Сегментация всего мозга: автоматическая маркировка нейроанатомических структур в человеческом мозге. Нейрон, 2002. 33(3): с. 341–55. пмид:11832223
    23. 23. Рейтер М. и др., Движение головы во время МРТ уменьшает объем и толщину серого вещества. Нейроимидж, 2015. 107: с. 107–115. пмид:25498430
    24. 24. Дженкинсон М. и др., Улучшенная оптимизация для надежной и точной линейной регистрации и коррекции движения изображений мозга.Нейроимидж, 2002. 17(2): с. 825–41. пмид:12377157
    25. 25. Пил М.С., Б.Л.Ф., МакМахон Т.А., Обновленная карта мира по классификации климата Коппена-Гейгера. Гидрология и системы наук о Земле, 2007. 11: с. 1633–1644 гг.
    26. 26. van Erp TG, et al., Аномалии подкоркового объема мозга у 2028 человек с шизофренией и 2540 здоровых людей из контрольной группы через консорциум ENIGMA. Мол Психиатрия, 2016. 21(4): с. 547–53. пмид:26033243
    27. 27. Шмал Л.и др., Подкорковые изменения головного мозга при большом депрессивном расстройстве: результаты рабочей группы ENIGMA по большому депрессивному расстройству. Мол Психиатрия, 2016. 21(6): с. 806–12. пмид:26122586
    28. 28. Whelan C.D., et al., Структурные аномалии головного мозга при распространенных эпилепсиях, оцененные во всемирном исследовании ENIGMA. Мозг, 2018. 141(2): с. 391–408. пмид:29365066
    29. 29. Макки С. и др., Мега-анализ объема серого вещества в зависимости от вещества: общие и специфические для вещества региональные эффекты.Am J Psychiatry, 2018: с. appiajp201817040415. пмид:30336705
    30. 30. Мейерс С.М. и др. Влияет ли статус гидратации на МРТ-измерения объема мозга или содержания воды? J Magn Reson Imaging, 2016. 44(2): с. 296–304. пмид:26825048
    31. 31. Streitburger DP, et al., Исследование структурных изменений мозга при обезвоживании с использованием морфометрии на основе вокселей. PLoS One, 2012. 7(8): с. е44195. пмид:22952926
    32. 32. Курлансик С.Л. и Ибай А.Д., Сезонное аффективное расстройство.Am Fam Physician, 2012. 86 (11): с. 1037–41. пмид:23198671
    33. 33. Озеки К. и др., Погода и начало головной боли: крупномасштабное исследование покупок лекарств от головной боли. Int J Biometeorol, 2015. 59(4): с. 447–51. пмид:24943052
    34. 34. Cioffi I., et al. Влияние погоды на характер височной боли у пациентов с височно-нижнечелюстными расстройствами и мигренью. J Oral Rehabil, 2017. 44(5): с. 333–339. пмид:28244179
    35. 35. Беккер В. Дж., Погода и мигрень: могут ли так много пациентов ошибаться? Цефалгия, 2011.31(4): с. 387–90. пмид:21163817
    36. 36. Annweiler C., et al., Изменения внутричерепного объема, связанные с витамином D, у пожилых людей: количественное нейровизуализирующее исследование. Maturitas, 2015. 80(3): с. 312–7. пмид:25614220
    37. 37. Клингберг Э. и др., Сезонные колебания уровня 25-гидроксивитамина D в сыворотке в шведской когорте. Эндокринная система, 2015. 49(3): с. 800–8. пмид:25681052
    38. 38. Kristal-Boneh E., et al. Летне-зимние колебания 24-часового амбулаторного артериального давления.Blood Press Monit, 1996. 1(2): с. 87–94. пмид:10226208
    39. 39. Стергиу Г.С. и др. Сезонные колебания метеорологических параметров и офисного, амбулаторного и домашнего артериального давления: факторы прогнозирования и клинические последствия. Hypertens Res, 2015. 38(12): с. 869–75. пмид:26333360
    40. 40. Поуп К.А.р. и др., Насыщение кислородом, частота пульса и загрязнение воздуха твердыми частицами: панельное исследование ежедневных временных рядов. Am J Respir Crit Care Med, 1999. 159(2): с. 365–72.пмид:9927345
    41. 41. Jia Y., et al., Реакция периферического кровотока на острую гипоксию и гипероксию, измеренная с помощью оптической микроангиографии. PLoS One, 2011. 6(10): с. е26802. пмид:22046363
    42. 42. Джимшелеишвили С., Дидидзе М. Нейроанатомия, мозжечок. [Обновлено 31 июля 2020 г.]. В: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2020 Январь-. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538167/
    43. 43. Фан Дж., Хан Ф. и Лю Х., 91 855 Проблемы анализа больших данных 91 856 . Natl Sci Rev, 2014. 1(2): с. 293–314.
    44. 44. Джен М. и др. Влияние температуры окружающей среды и атмосферного давления на амбулаторную вариабельность артериального давления.

    admin

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.