Red Blood Cell Function in Hypoxia at Altitude and Exercise

Abstract

Oxygen transport by red blood cells is regulated by erythropoiesis and Hb-O2-affinity. The O2 carrying capacity is characterized by changes in hematocrit, red blood count or the mass of circulating red blood cells. Erythropoiesis is controlled by the hormone erythropoietin, which induces slow changes of the O2-transport capacity. The Hb-O2-affinity is modified mainly by pH and 2,3-DPG. Despite their apparently diverse effects e.g. in hypoxia at high altitude, a compromise seems to be adopted optimizing both arterial O2-loading and peripheral O2-unloading. In contrast to erythropoiesis, adjustments of the Hb-O2-affinity occur fast and allow rapid adjustments of O2-binding and release. In the intact organism the significance of changes in Hb-O2-affinity for tissue oxygen supply relative to adjustments of cardiac output, microcirculation and O2-transport capacity is not completely understood yet, but beneficial effects were demonstrated in isolated organs. It is, however, the least energy-demanding way of optimizing tissue O2-supply, which might be of significance in extreme situations. In severe hypoxia adjustments of both, hematocrit and Hb-O2-affinity, are insufficient to maintain tissue O2-supply. Alterations of Hb-O2-affinity are also insufficient to compensate for severe anemia.

O desafio da altitude. Uma perspectiva fisiológica

“…O incremento da altitude, ao estar associado ao decréscimo exponencial da pressão barométrica e, paralelamente, da pressão parcial de oxigénio no ar atmosférico (PIO 2 ), promove alterações no conteúdo arterial de oxigénio e, em consequência, na "quantidade" de oxigénio fornecido aos tecidos (45,47). Conforme Torricelli referia em 1643 (84), vivemos submersos num oceano de ar que, mediante experiências inquestionáveis, sabemos ter peso, por isso, tomando como referência a pressão barométrica ao nível do mar (760 mmHg), à medida que subimos em altitude a pressão exercida por esta camada de ar, isto é, a pressão barométrica, vai diminuindo.…”

“…No que concerne às adaptações hematológicas, a diminuição do conteúdo arterial de oxigénio, característica da exposição a ambientes hipóxicos, estimula a libertação acrescida de eritropoietina (EPO) a nível renal e hepático com consequências no incremento da produção de eritrócitos pela medula óssea e na concentração de hemoglobina (47). O nível máximo das concentrações de EPO e o tempo necessário para o atingir, parecem depender do grau de hipóxia a que os indivíduos são sujeitos (47).…”

The Influences of Immune Function and Respiratory System on Aerobic Exercise by Exposed Acute Hypobaric Hypoxic Environment.

“…As the result of the verifying hypothesis, these results may suggest three new findings: first, to produce hypoxic ventilatory depression not only at level land but also at 3,000 m high altitude during 30 minute aerobics exercise of 75 %HRmax intensity, second to be more excellent for soccer players in adaptation and sensibility on response of respiratory system at high altitude, and third, to change each other by regular exercise habits or altitude in the monocyte. 우리나라 연구진에 의한 고지환경 및 고지시뮬레이션(저 압·저산소환경, 산소분압 조절장치)에서의 적응능력과 관련 된 선행연구는 다수 보고된 바가 있다 [9][10][11]14,15,23,31].구체적으로, 일정기간의 고지 트레이닝의 적응 후 생체적 응 반응으로써는 평지에서의 산소운반 능력 증가(적혈구수 및 헤모글로빈농도의 증가, 근육마이오글로빈 중가, 미토콘 드리아 관련 효소활성도 증가)를 통해 심폐기능의 향상을 가 져오며 [4,5,12,25,17] …”

“…구체적으로, 일정기간의 고지 트레이닝의 적응 후 생체적 응 반응으로써는 평지에서의 산소운반 능력 증가(적혈구수 및 헤모글로빈농도의 증가, 근육마이오글로빈 중가, 미토콘 드리아 관련 효소활성도 증가)를 통해 심폐기능의 향상을 가 져오며 [4,5,12,25,17] …”

“…구체적으로, 일정기간의 고지 트레이닝의 적응 후 생체적 응 반응으로써는 평지에서의 산소운반 능력 증가(적혈구수 및 헤모글로빈농도의 증가, 근육마이오글로빈 중가, 미토콘 드리아 관련 효소활성도 증가)를 통해 심폐기능의 향상을 가 져오며 [4,5,12,25,17], 또한 호흡기계의 적응변화로써는 폐활 량의 잔류용적의 발달 [3,28], 폐확산 제한 [2] 및 폐환기 불균 형 [7]의 변화가 주요 대상이었다. 고지대에서 안정 시 환기량 은 완전히 적응이 되더라도 해수면에서의 수치로는 회복되 지 않으며, 운동 시에는 운동량과 고도의 상승에 비례하여 환기량은 증가하나 극단적인 고지에서는 환기량이 감소한다 고 보고하고 있다 [29].…”