MONOGRAFIA

ADAPTACIÓN

A LA

HIPOXIA

“El aire posee cierta virtud oculta. En esta virtud se esconde el secreto, alimento de la vida."

HEMANN BOERHAAVE

INTRODUCCIÓN

Que el aire es necesario para la vida humana es una gran verdad que ya conocían los griegos de la antigüedad. En efecto Hipócrates habla de la acción del aire sobre los humores y sus efectos sobre el fuego, Aristóteles (siglo IV a.C.) decía que la vida es calor y necesita aire, igual que el fuego; pero cuando quería explicar con detalles esta acción estaba muy lejos de la verdad, pues pensaba que el efecto del aire era refrescar el calor innato del corazón.

Según Galeno (siglo II a J.C.) la respiración tenia la función de transmitir "espíritus vitales a la sangre" y de eliminar vapores fuliginosos, productos accesorios del "calor innato".

Leonardo Da Vinci (1453-1519) afirmaba categóricamente: "ningún animal puede vivir en una atmósfera donde no arda una llama".

Paracelso (1493-1541) escribía: "así como el estomago digiere la carne y vuelve una parte de ella útil al organismo, rechazando la otra parte; de la misma manera, los pulmones consumen parte del aire y rechazan lo demás. En este caso, parece que Paracelso se había anticipado intuitivamente a siglos de investigación.

El oxígeno fue descubierto casi simultáneamente por Karl Wilhelm Scheele, en 1772 quien lo llamó "aire del fuego", y en 1774 por Joseph Priestley, quien lo denominó "desflogisticado". Estos investigadores, tuvieron grandes descubrimientos a lo largo de sus vidas, pero sin embargo no pudieron entender sus propios hallazgos, porque como casi todos los científicos de su época, se aferraron hasta el fin a la teoría del "flogisto", de Stahl, a cuyo juicio la combustión era debido al flogisto, un elemento que se hallaba en toda la materia, lo que hizo que vieran las cosas al revés.

El hombre que trajo luz y orden a las negras sombras, convirtiéndose así en el padre de la química moderna, fue Antoine Laurent-Lavoisier (1743-1794).

Todos estos estudios, así como muchos otros (no de menor importancia), han contribuido al conocimiento de la fisiología del aparato respiratorio y de la gran importancia del oxígeno para el hombre en situaciones tanto fisiológicas como patológicas.

La necesidad de estudiar y entender los efectos de la altura y de la disminución de las presiones de los gases; así como fuerzas de aceleración, ingravidez, etc., sobre el cuerpo humano, surge a partir del avance del hombre hacia alturas cada vez mayores y que sin el uso de equipos de oxígeno suplementario sería imposible debido a la baja presión de este en la atmósfera a grandes alturas (anoxia).

Cabe decir que lo mas peligroso es que los primeros síntomas de la anoxia de altura se presentan con una sensación de bienestar general y una euforia semejante a la producida por la ingestión de bebidas alcohólicas, disminuyendo las inhibiciones y el control de los actos del sujeto.

DESARROLLO

El oxígeno es un gas que se encuentra formando parte del aire atmosférico y cuya presencia permite la vida de los seres. Su importancia se debe al hecho de intervenir en el proceso de la respiración ( tanto externa como interna), proceso que en definitiva tiene por finalidad fundamental el tomar el oxígeno del aire ambiental, conducirlo a la sangre, y de esta a las células.

El oxígeno es el elemento mas importante para la vida. El ser humano puede vivir sin comer durante muchos días ( se citan casos de veinte a treinta), sin tomar agua o líquidos se puede vivir solamente pocos días (como máximo dos o tres), sin oxígeno la vida es posible durante pocos minutos (tres a siete).

El oxígeno se encuentra en el aire atmosférico en un día fresco y claro en una proporción del 20,84%; el nitrógeno del 78,62%; el dióxido de carbono del 0,04%; el agua del 0,5%. Estos porcentajes se mantienen constantes independientemente de la altura expresados en milímetros de mercurio (mmHg) sobre la presión barométrica total a nivel del mar. El oxígeno (O2)ejerce una presión parcial igual a 159 mmHg, el nitrógeno (N2) es equivalente a 597 mmHg, el dióxido de carbono (CO2)igual a 0,3 mmHg y el agua (H2O) a 3,7 mmHg.

A nivel del mar la presión barométrica es de 760 mmHg, en tanto que a 15000 metros de altura es de solo de 87 mmHg. Esta disminución de la presión barométrica es la causa básica de los problemas de la hipoxia en la fisiología de las grandes alturas. A medida que desciende la presión barométrica disminuye la presión parcial de oxígeno (aproximadamente del 21% de la presión barométrica total). Es decir que el 21% de 760mmHg es mayor que el 21% de 87mmHg, variando la presión parcial de oxígeno de 159mmHg a 18,27mmHg respectivamente, siendo esta ultima incompatible con la vida humana.

Desde las superficies respiratorias se evapora agua hacia el espacio alveolar. A temperatura constante, la presión del vapor de agua en los alvéolos se mantiene a 47mmHg independientemente de la altura.

La difusión de CO2 desde la sangre a los alvéolos continúa aun a grandes alturas.

Como indica la ley de Dalton, la presión total de un gas es igual a la suma de las presiones parciales de las substancias que la componen. Por consiguiente la presión parcial de vapor de agua sumada a la de CO2 en los alvéolos, diluirán la concentración de oxígeno y de nitrógeno en ellos. Si a esto le sumamos que a medida que uno asciende, la presión barométrica disminuye, disminuyendo tambien la presión parcial de cada gas en la atmósfera, la presión parcial de oxígeno disminuirá en los alvéolos significativamente. La anoxia en la altura se debe básicamente a este factor.

MECANISMOS DE ADAPTACIÓN

Supongamos que una persona normal asciende a altitudes elevadas, a velocidad moderada y constante, en algún momento entre los 2000 y los 3000 metros de altura, sobre el nivel del mar, comienza una estimulación en la respiración y el corazón, acelerándolos, paulatinamente y por lo general sin que el sujeto perciba los cambios. Entre los 3000 y los 5000 metros las respiraciones se hacen más profundas, el corazón late con mas rapidez y la cianosis es evidente, pero el sujeto puede sentirse eufórico. Puede percibir una sensación de tirantez en la frente, una ligera cefalea, desfallecimiento e incluso tendencia al sueño. Si se mantiene en 5000 metros de altura la cianosis se ve acompañada por una respiración más profunda, por aceleración cardíaca, depresión mental y probablemente va a presentar lo que se denomina "mal de alturas", cuya sintomatología, constituida por cefalgia, nauseas y vómitos, recuerda al mareo del mar. Estos son los síntomas subjetivos y objetivos de la hipoxia. Si permanece en esta altura durante algunos días, aquellos síntomas irán mejorando, y desaparecen; produciéndose lo que se denomina aclimatación a la altura. Pero su capacidad para el ejercicio o el trabajo está reducida. Si en lugar de detenerse, continúa ascendiendo, aparecerán los efectos debidos a la anoxia; su inteligencia pierde agudeza, sin que los razonamientos que realice sean correctos, surgiendo ideas fijas y estando sometido el individuo a la interrupción brusca de reacciones emotivas. Por ejemplo: si un aviador permanece a 5000 metros de altura durante una hora su capacidad mental habrá disminuido hasta en un 50% de lo normal y después de 18 horas a esta altura hasta

aproximadamente un 20%. Conforme prosigue la ascensión, a la incoordinación de los movimientos mas delicados como la escritura, y a la ataxia, sigue la instauración progresiva de paresia de las piernas, tronco, brazos y cuello. Las sensaciones, primero embotadas, van siendo suprimidas una a una. El dolor es una de las primeras en desaparecer, y la audición de las ultimas. Pierde la propiocepción de la postura, a semejanza de lo que ocurre en la intoxicación alcohólica profunda, con la que tiene cierto parecido.

Para cada individuo determinado existe una altitud en la que no puede permanecer mas que algunos minutos, con el riesgo de padecer desmayos o perder la conciencia, quedando rígido y con los ojos vidriosos. Este techo varía según la persona, entre los 5000 y 10000 metros. Este techo no esta determinado únicamente por la altitud, hallándose condicionado tambien por la velocidad de la ascensión, la duración y frecuencia de las ocasiones en que sube a tales alturas, la eficacia de los mecanismos compensadores y el desarrollo de anoxia ectásica o anémica.

Las pruebas efectuadas en las cámaras de descompresión para pilotos han indicado que cuanto más rápido es el ascenso simulado, mayores son las altitudes toleradas. Los tejidos están sometidos durante un tiempo más corto a los efectos de acumulación de la falta de oxígeno. En los ascensos extraordinariamente rápidos la altitud tolerada se determina por los síntomas de desfallecimiento del sistema nervioso; al alcanzar el techo los sujetos caen de improviso en estado de inconsciencia, sin que exista pérdida alguna del tono muscular y permaneciendo el individuo sentado, con los ojos completamente abiertos. Se logra recuperación rápida, de esta situación, al administrar oxígeno. Si se asciende con menor rapidez a alturas elevadas, la insuficiencia cardíaca con rápido descenso de la presión sanguínea conduce a una anoxia por estasis, de insaturación rápida, sobreviniendo el síncope, se producen palidez cenicienta, sudor frío y perdida total del tono muscular, cayendo el individuo del asiento. El restablecimiento en estos casos es más lento, requiriendo en ocasiones hasta una hora.

Incluso en alturas de solo 3000 a 7000 metros puede producirse con facilidad vértigo, desmayos, náuseas, disnea, etc. Es decir, que cualquier requerimiento adicional de oxígeno, como suponen los movimientos, o la atracción de la sangre hacia el abdomen, como ocurre al comer, al levantarse

después de haberse agachado, en las aceleraciones bruscas, etc. puede significar la aparición de una anoxia por estasis en el cerebro que determine aquellos síntomas. Del mismo modo la aparición de ligeros grados de anoxia anémica bastan para que se produzca el mismo resultado. Por ejemplo la adición de una cantidad tan pequeña como 0,01% de CO2 disminuye la saturación de oxígeno de la sangre en un 10,5% a los 3000 metros de altura.

La exposición por períodos de varias horas diarias (como en el caso de los pilotos) a presiones de alturas mayores de 4000 a 5000 metros, da por resultado la producción de efectos perniciosos consecutivos (sin producir aclimatación), tales como fatiga mental, irritabilidad, lasitud, astenia, pérdida de peso, trastornos gastrointestinales, etc.

No se ha logrado aclarar el problema que supone la llamada aeroneurosis, "fatiga de los pilotos" y "vejez", lo que en parte se debe a la dificultad de separar los efectos de acumulación de la anoxia, de los choques emotivos y reacciones de miedo, así como de los efectos producidos por los cambios de presión, las aceleraciones, vibraciones, etc. Hay una gran probabilidad de que el agotamiento de la corteza suprarrenal constituya uno de los factores que intervengan en aquellos fenómenos. En favor de esto, existen hechos muy elocuentes: 1o la semejanza de los síntomas con los que se observan en los períodos precoces de la enfermedad de Addison; 2o la observación de que la anoxia crónica o repetida determina hipertrofia cortical de las suprarrenales, aumento de la glucosa en sangre y del glucógeno hepático y mayores cantidades de compuestos esteroides en la orina; 3o las observaciones verificadas de que los animales adrenalectomizados no resisten las bajas de tensiones de oxígeno tan bien como los testigos, y 4o el hecho de que el techo de los animales desprovistos de suprarrenales se eleva con la administración a los mismos de extractos de corteza suprarrenal.

ACCIONES FISIOLOGICAS DE LA HIPOXIA A LA ANOXIA

Los efectos de la hipobaria sobre la respiración se inician por lo general a altitudes de 1000 a 3000 metros. Consiste mas bien en un ligero aumento de su profundidad que en un aumento de su frecuencia. La estimulación hipoxica de los quimiorreceptores del seno carotideo que a su vez producen la excitación refleja del centro respiratorio, aumentando la ventilación alveolar hasta un máximo de aproximadamente 65%. Si permanece a gran altura durante varios días, su ventilación gradualmente se eleva hasta tres a siete veces su valor normal. Este aumento de la ventilación alveolar eleva la tensión alveolar de oxígeno en relación con la tensión atmosférica del mismo, siendo en este sentido compensadora. Por otra parte, tambien contribuye a disminuir la tensión alveolar del CO2 , con la consecuente disminución de la presión de este en sangre (hipocapnia) y a aumentar el PH de los líquidos corporales. Estos cambios ocasionan una inhibición del centro respiratorio, antagonizando los efectos de la hipoxia sobre este. No obstante después de tres a cinco días el ion bicarbonato disminuye en el liquido cefalorraquideo, ocasionando una disminución del PH del liquido que baña las neuronas quimiosensibles del centro respiratorio, incrementando la ventilación de tres a siete veces, en respuesta a la “hipoxia” censada.

La hiperventilación ocasionada en respuesta a la hipoxemia inicial, eleva el PH disminuyendo la relación H2CO3/HCO3-, reduciendo la concentración del anhídrido carbónico en sangre, lo que modifica el equilibrio acido-basico desviando la relación hacia el lado alcalino. Sin embargo las bases en exceso se eliminan rápidamente por el riñón o emigran a los tejidos. De esta forma se reduce la reserva alcalina de la sangre. Se puede discutir si se trata de una acidosis o si realmente es una alcalosis.

El principal estímulo para la producción de glóbulos rojos es la hipoxia, aumentando el valor del hematocrito normal de 40-45 a una cifra de 60-65, con un promedio de aumento de la concentración de hemoglobina desde 15 g/ 100ml. a 22g./100ml. El volumen sanguíneo también aumenta, principalmente hasta en un 20 - 30 % resultando en un aumento total de la hemoglobina circulante de hasta 50-90%. Esta policitemia tardía se debe a la estimulación anóxica de la médula ósea. Estos aumentos de la concentración de hemoglobina y del volumen sanguíneo son muy lentos y apenas se manifiestan antes de dos o tres semanas; alcanzan la mitad de su valor total en cosa de un mes y tardan muchos meses en instalarse por completo.

La afinidad de la hemoglobina por el oxigeno, por el contrario de lo que se esperaría, disminuye ligeramente en altitudes superiores a los mil metros. Esta desviación de la curva de saturación de la hemoglobina hacia la derecha sirve como mecanismo compensador para el suministro de oxígeno a los tejidos cuando está disminuida la tensión del mismo en el plasma.

A grandes alturas, al igual que en el ejercicio, se observa que la capacidad de difusión de oxígeno a través de la membrana pulmonar puede aumentar al triple. Ascendiendo del valor normal de 21ml./mmHg./min. a aproximadamente 60ml/mmHg./min. Este aumento resulta de un incremento del volumen sanguíneo en los capilares pulmonares y del volumen pulmonar, aumentando la superficie de la membrana alveolar (bronco dilatación). El aumento del volumen sanguíneo puede deberse a un aumento de la presión arterial pulmonar, que mejora la perfusión en estos, especialmente en los ápices que por lo general tienen un índice ventilación/perfusión (V/Q) alto, en posición erecta. Por consiguiente todas estas variaciones ocasionan una mejor oxigenación de la sangre.

Las reacciones del aparato cardiovascular difieren de acuerdo con la sensibilidad personal, con la rapidez con que se establece la anoxia, etc. las reacciones mas frecuentes son: aumento del gasto cardiaco y del volumen de expulsión (aumentando la frecuencia cardiaca en un 20 a 30%), la presión sistólica se eleva ligeramente y la presión diastólica o permanece inalterada o se modifica muy poco aumentando o disminuyendo. A medida que progresa la anoxia, se va compensando la capacidad disminuida para el oxigeno, de la sangre, por la mayor ventilación pulmonar y por parte del corazón y de la circulación periférica.

Durante la hipoxia progresiva (equivalente a la reducción del oxigeno a un 12% de la presión barométrica a nivel del mar ), aumenta el volumen de expulsión cardíaca, sobre todo por la aceleración del corazón. Con ello se asegura un flujo mayor del normal de sangre por los pulmones y las vísceras abdominales. Además se modifica la circulación sanguínea regionalmente; se aumenta en el cerebro y en los vasos coronarios por vaso dilatación y disminuye en la piel por vaso constricción. La vasoconstricción de los vasos esplénicos hace que se contraiga el vaso por retracción elástica, lo que determina una autotransfusión que aumenta el volumen circulante de sangre y la circulación de retorno. Estos cambios logran que el individuo recupere su frecuencia cardíaca normal en pocos días, no obstante el gasto cardíaco disminuye en grado moderado en un período de meses acompañado de un aumento simultaneo del valor del hematocrito, de modo que la cantidad de oxigeno transportado hacia los tejidos se conserva aproximadamente normal, esto es, a menos que la altitud se haga tan grande que sobrevenga hipoxia grave. Esto es lo que ocurre

en la anoxia progresiva (equivalente a la disminución del oxígeno a menos del 12% de la presión barométrica a nivel del mar ), la sangre esta saturada en un 80%, o menos, por el oxígeno. Esta es una cifra critica, en la que se inicia la aparición de mecanismos cardíacos compensadores. Los ventrículos, estimulados, expulsan un mayor volumen a cada latido, a costa de la aceleración cardíaca y la menor duración de la sístole. La dilatación permanente de los vasos coronarios obra como mecanismo compensador ante la disminución de oxígeno por centímetro cúbico de sangre. Al alcanzarse los limites de este mecanismo compensador, tiende a invertirse la onda T del electrocardiograma y a elevarse el espacio S-T. A pesar de lo antedicho, no es probable que se produzca ninguna lesión miocárdica definitiva, a menos que exista un proceso coronario o válvula.

Al reducirse el volumen de oxígeno en el aire inspirado a un 6 a 7% (equivalente a altitudes de entre 8000 y 9000 metros), se produce una crisis cardiorrespiratoria. Las circunstancias personales determinarán cual de los dos aparatos ha de fallar primero. En una serie de casos, la respiración desciende rápidamente en amplitud y frecuencia, y la asfixia consiguiente va seguida a poco trecho de desfallecimiento cardíaco. En otros casos la lentitud vagal del corazón y la disminución de la descarga sistólica hacen su aparición, elevándose la presión venosa. Al decaer la presión arterial, se altera rápidamente la circulación coronaria. Se instauran diversos trastornos de la iniciación del impulso cardíaco y de conducción del mismo y pronto se produce la detención cardíaca. La sospecha de que la disminución de las resistencias circulatorias perisféricas por fracaso del centro vasomotor pueda constituir un tercer mecanismo de la insuficiencia circulatoria, exigen pruebas más definitivas.

Otra adaptación circulatoria consiste en aumento del número y tamaño de los capilares de los tejidos, lo que se llama aumento de la vascularización. Ello sucede sobre todo en animales nacidos y criados a grandes alturas, pero en menor grado en los que se han visto expuestos a las mismas en épocas posteriores de la vida. En los tejidos muy activos sometidos a una hipoxia crónica es especialmente notable el aumento de la vascularización. Por ejemplo, la densidad capilar en el músculo ventricular derecho se incrementa en un porcentaje importante a causa de los efectos combinados de la hipoxia y la carga excesiva de trabajo del ventrículo derecho como consecuencia de la hipertensión pulmonar de las grandes altitudes (la

hipertensión se produce por vasoconstricción pulmonar a causa de la baja concentración de oxigeno).

Tambien a grandes alturas, disminuyen las secreciones y los movimientos del tracto gastrointestinal y disminuyen las contracciones gástricas del hambre y el tono del estómago. Se prolonga el tiempo de evacuación del estómago, pero se normaliza al verificarse la aclimatación a alturas superiores a los 5000 metros. La anoxia prolongada provoca náuseas y vómitos probablemente por estímulos de los centros bulbares.

A nivel celular, en los animales nacidos a alturas de 4500 a 5000 metros, las mitocondrias y algunos sistemas enzimáticos oxidativos celulares son ligeramente más ricos que en los que habitan a nivel del mar. Por consiguiente, es presumible que los seres humanos aclimatados, al igual que esos animales, pueden utilizar oxígeno con mayor efectividad que los seres que viven a nivel del mar, aunque se trata de un postulado no probado.

El sistema nervioso central el especialmente susceptible a las deficiencias de oxígeno. La observación señala que a 13.000 m. de altura, aparece un estado de inconsciencia de 1min. . Por encima de los 10.000 m. pueden presentarse convulsiones. La continuación de las funciones cerebrales durante los estados de anoxia depende de la eficacia de los mecanismos anaeróbicos que pueden proporcionar energía para ello. Puesto que la retina constituye una porción exteriorizada del sistema nervioso central, sus funciones han de resultar afectadas por la anoxia. Las dimensiones del campo visual, la visión para los colores, la intensidad discriminativa y la adaptación a la oscuridad, resultan alterados.

CONCLUSIÓN

El conocimiento fisiológico obtenido por experimentación en el hombre y en los animales constituye el fundamento no solo para la adecuada interpretación de los síntomas de las enfermedades, sino tambien para la exacta valoración de la eficacia de los mecanismos compensadores normales. La altura del techo varia en los distintos individuos, y en el mismo en las diferentes épocas de su vida. Si las reacciones compensadoras estuvieran parcialmente utilizadas por la existencia de alteraciones fisiológicas, como por ejemplo las producidas por infecciones respiratorias leves, por la fatiga, etc. El techo del individuo estará temporalmente reducido. Si el corazón permanece acelerado de una manera continua debido a un desequilibrio autónomo o al aumento de la actividad tiroidea, se perderá el efecto compensador de la aceleración cardíaca durante los estados iniciales de anoxia. Si la reserva ventricular está puesta en juego, como es el caso de las lesiones valvulares, o si no puede verificarse la dilatación coronaria que surge en los estados de anoxia por existencia de un estado de esclerosis, es evidente que disminuirá el techo de la persona de que se trate. Del mismo modo, si el centro respiratorio y los quimiorreceptores vasculares se encuentran reprimidos por la acción de fármacos, infecciones, influencias cerebrales o humorales, etc., se diferirá la estimulación respiratoria producida por la anoxia y disminuirá aquel al hacerse mayor el grado de anoxemia en alturas determinadas.

Es interesante destacar que todas las respuestas del organismo reflejan claramente una adaptación a un estado de estrés, poniéndose en evidencia las acciones del sistema nerviosos autónomo ( principalmente el componente simpático).

BIBLIOGRAFÍA

Guyton; “Tratado de fisiologia medica” (Ed. Interamericana,Mc Graw-Hill octava edición).

Belmes, Pedro; “Tratado de oxigenoterapia” y conferencias en universidades.