На крупных международных и национальных горнодобывающих предприятиях применяется высокотехнологическое оборудование, работающее круглосуточно по большей части на открытых карьерах. Возраст сотрудников (как правило, выходцев из разных южноамериканских стран) находится в диапазоне от 20 до 55 лет. Только в Чили в этой отрасли промышленности заняты 60 000 человек. Лишь изредка приезжают команды специалистов из таких стран, как Канада, Австралия и Китай. Подавляющее число работающих – это жители прибрежных областей Южной Америки, не приспособленные к жизни на больших высотах; кечуа и аймара, которые хорошо адаптированы к высокогорью, редко работают на горных разработках. Раньше владельцы шахт не были обязаны придерживаться каких-то правил или законов, обеспечивающих безопасные условия труда на больших высотах. Однако с 2012 года руководство предприятий обязали непрерывно следить за состоянием здоровья персонала.
За восемнадцать лет до этого мы совместно с чилийскими (профессор Клаус Бен и профессор Анибал Льянос) и перуанскими (Карлос Монж и его группа) физиологами провели первый международный симпозиум, посвященный работе на больших высотах, Adaptación trabajo en altura (Адаптация к высотной работе), в Копиапо в Северном Чили. Через несколько лет там проводилась самая широкомасштабная спасательная операция в истории горнорудной промышленности с участием всех стран мира. В подземной медной и золотой шахте в Сан-Хосе, в 45 км к северу от Копиапо, 5 августа 2010 года произошел обвал горных пород. 33 шахтера оказались запертыми на глубине 700 м под землей. Они ждали спасения больше двух месяцев, прежде чем 13 и 14 октября все рабочие не были доставлены на поверхность. Наше исследование рабочих нагрузок в чилийской горной промышленности проводилось на шахте Ла-Коипа в том же районе Копиапо. Подобное подземное исследование за несколько лет до этого мы уже провели в Гане.
Измерение кровотока в головном мозге и в периферических сосудах на высоте 4500 м в Южноамериканских Андах
Мы начали с изучения особенностей кроветворения на больших высотах. Испытуемые работали по семидневному сменному циклу, то есть семь дней находились на уровне моря, а затем семь дней работали на высоте выше 3600 м. Полученные результаты мы сравнили с собственными данными, так сказать, контрольной группы людей, не адаптированных к высоте и не работавших посменно на большой высоте. К нашему большому удивлению, оказалось, что у чилийских рабочих, несмотря на многолетнее воздействие больших высот, острый скачок в выработке эритропоэтина и его выведение почками были такими же, как у нас. Далее, у горнорабочих снижение концентрации ЭПО в крови происходило еще до того, как они спускались в низину на отдых, то есть в то время, когда они еще находились на большой высоте. Это означало, что регуляция выработки эритропоэтина может зависеть не только от парциального давления кислорода: после некоторой начальной фазы регулировать его секрецию начинают какие-то другие механизмы. В то время эти регуляторные механизмы нам были еще неизвестны, но сегодня мы знаем, что контроль за кроветворением переходит к «индуцируемым гипоксией факторам-1» за счет их образования и разрушения. Эти транскрипционные факторы представляют собой регуляторные белки. Связываясь со специфическими участками ДНК, они либо стимулируют, либо тормозят транскрипцию ДНК в клеточном ядре и таким образом регулируют выработку ЭПО. За расшифровку и описание этих клеточных механизмов, которые на фоне гипоксии тканей стимулируют продукцию ЭПО, трое ученых в 2019 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Этот факт показывает, что результаты прикладных исследований в области производственной и экологической физиологии могут внести существенный вклад в фундаментальную науку. Отсюда следует, что изучение ритма сна и бодрствования, водного баланса, воздействия ультрафиолетового излучения очень важны для понимания влияния различных моделей сменной работы на здоровье и работоспособность трудящихся. В Чили распространены 7–10-дневные циклы с 12-часовыми рабочими сменами. Рабочие спят в специальных помещениях на высоте между 2800 и 3200 м, где, кроме того, располагаются столовые и места отдыха. То есть люди спят на высоте существенно ниже той, на которой они работают, – почти 4000 м. Это, кроме того, означает, что горняки неделю подвергаются перемежающемуся воздействию гипоксии и низкого давления на разных высотах днем и ночью. Это создает дополнительную нагрузку на человеческий организм. В результате можно предсказать высокую частоту несчастных случаев, а итог долгосрочного воздействия таких условий на человеческий организм нам пока почти неизвестен. Проведенные исследования указывают на то, что сменная вахтовая работа на большой высоте вредно отражается на циркадном ритме, энергетическом обмене, сердечно-сосудистой системе, гормональном балансе и базовых клеточных функциях, например на делении клеток. Совокупный спектр влияний перемежающегося характера работы на высоте пока нельзя считать полностью выясненным и поэтому здесь настоятельно необходимы дальнейшие исследования. В конечном счете придется оснащать такие рабочие места, как ALMA (5050 м), расположенные на большой высоте, отсеками, где атмосфера будет обогащаться кислородом.
Напротив, хорошо известно, какие проблемы возникают, когда неподготовленные люди подвергаются воздействию большой высоты, как это случилось со мной. Адаптация к высоте, как уже было сказано, зависит от скорости подъема, от абсолютного значения достигнутой высоты, от высоты, на которой человек спит, и от общего состояния здоровья, но не от тренированности и выносливости. Кроме того, восхождение на большую высоту должно происходить поэтапно. Для покорения высоты более 5000 м, если вы хотите сделать это по правилам, потребуется от двух до трех недель. Если восхождение осуществляется слишком быстро, слишком интенсивно и на слишком большую высоту – как в случае моего восхождения на Блауайс, – то следствием может стать высотная головная боль или острая горная болезнь. На высотах от 3000 м (в редких случаях и ниже) может также развиться отек легких или отек головного мозга. Триггером этих заболеваний становится снижение атмосферного давления и связанного с этим снижения парциального давления кислорода, что ведет к снижению содержания кислорода в артериальной крови и уменьшению снабжения им тканей. На тяжесть этих высотных заболеваний могут негативно влиять и другие факторы. Среди прочего к таким факторам относят ослабления дыхательного ответа на уменьшение доступности кислорода на высоте (ключевое слово: гипоксический дыхательный ответ), снижение транспорта кислорода в органах, особенно во сне, неравномерное сужение кровеносных сосудов в легких вследствие специфической реакции органов на недостаток кислорода, чрезмерное скопление жидкости в тканях, повышение давления в головном мозге или воспалительные процессы в результате усиленного образования кислородных радикалов.
Эти изменения могут повлечь за собой разнообразные заболевания. Самое частое из них – высотная головная боль (high altitude headache, HAH), от которой страдают до 80 % лиц, живущих на большой высоте. Международное общество головной боли определяет это состояние как головную боль, которая наблюдается в течение 24 часов после подъема на высоту 2500 м или выше. Головная боль может возникать изолированно или быть частью острой горной болезни. Если эти симптомы игнорировать, то могут развиться такие тяжелые состояния, как отек легких или отек головного мозга. Предполагают, что недостаток кислорода приводит к расширению кровеносных сосудов и высвобождению в кровь медиаторов воспаления, что и приводит к отеку головного мозга. При появлении первых симптомов высотной головной боли рекомендуется прекратить восхождение, дождаться акклиматизации на данной высоте, а при выраженной головной боли необходимо спуститься как можно ниже.
Головная боль может быть первым симптомом начинающейся острой горной болезни, самого частого наряду с высотной головной болью заболевания, связанного с пребыванием на высотах, больших 2500 м. Острая горная болезнь обычно протекает доброкачественно, но может и быстро перейти в тяжелое высотное заболевание – в высотный отек легких или высотный отек головного мозга. Главными симптомами острой горной болезни, которая может протекать весьма разнообразно, становятся, помимо головной боли, повышенная утомляемость или слабость, тошнота или рвота, ощущение нехватки воздуха и резкое и значительное учащение дыхания, нарушения сна и ослабление жажды. Симптомы становятся наиболее выраженными на второй-третий день после подъема на данную высоту и, как правило, исчезают на пятый-восьмой день после начала, если не подниматься еще выше. Во многих исследованиях было показано, что острая горная болезнь возникает у 10 % восходителей, которые от уровня моря сразу поднимаются на высоту 2500 м или даже ниже, как это было у меня при восхождении на Блауайс. Доля таких больных увеличивается до 30–40 % при быстром восхождении на высоту 3500 м.
Есть множество симптомов острой горной болезни, которые типичны и для других высотных заболеваний, таких как высотная головная боль, высотный отек легких и высотный отек головного мозга; этот факт был подтвержден на международном симпозиуме по вопросам высотной медицины и физиологии, в результате чего была создана диагностическая шкала, которая по месту проведения симпозиума в 1991 году получила название шкалы Лейк-Луиса. Эта схема прошла проверку временем и показала себя как простой и практичный метод выявления самых тяжелых высотных болезней – высотного отека легких и высотного отека головного мозга. На шкале выведены такие специфические симптомы острой горной болезни, как головная боль, жалобы со стороны желудочно-кишечного тракта, утомляемость или нарушения сна. Каждый такой симптом оценивается по субъективной шкале величинами от 0 (отсутствие симптома) до 3 (сильно выраженный симптом). Для облегчения симптомов острой горной болезни от средней до выраженной тяжести рекомендуется дыхание небольшим потоком кислорода (0,5–1 л/мин) через маску или носовой зонд. По возможности и в этом случае рекомендуется немедленный спуск на меньшую высоту. Так же, как при высотной головной боли, расширение кровеносных сосудов, поступление жидкости в ткани и избыточная секреция медиаторов воспаления, обусловленные недостатком кислорода, могут быть причиной наступления горной болезни, но в сравнении с высотной головной болью в более выраженной форме.