Cambios pulmonares a altitudes elevadas y mal de altura

Definitions & Key takeaways

At high altitudes, the air pressure decreases and as a result the pressure driving oxygen through alveoli and into circulation also decreases. As a result, people can become hypoxic which causes many problems including increased pulmonary vascular resistance.

As people spend much time at high altitudes, the body adapts and produces 2,3-bisphosphoglyceric acid, which helps decrease hemoglobin’s affinity for oxygen, allowing more oxygen delivery to oxygen-deprived tissues. The kidneys also increase the release of erythropoietin to stimulate the bone marrow to produce more red blood cells.

When people ascend to high altitudes too quickly, the body hasn't got time to adapt to low air pressures, and this can result in altitude sickness. Symptoms include headache, fatigue, shortness of breath, nausea, and loss of appetite. In severe cases, it can lead to high-altitude cerebral edema (HACE) or high-altitude pulmonary edema (HAPE), both of which are life-threatening conditions.

Chapters:

Ver video solo

Introduction0:00–1:15

El aire que respiramos tiene la misma cantidad de oxígeno (alrededor del 21% o sólo el 0,21) en todas las altitudes. Esto se denomina fracción de oxígeno inspirado, o FiO2.
Sin embargo, la presión atmosférica del aire, o Patm, disminuye con la altitud, desde unos 760 mmHg a nivel del mar hasta unos 500 mmHg en la cima de una montaña de 3.000 metros.
Así que el problema no es que haya proporcionalmente menos oxígeno a grandes altitudes, sino que una menor presión atmosférica significa que la misma proporción de oxígeno dará lugar a una menor presión parcial de oxígeno en los alvéolos, o PAO2 para abreviar.
Por eso, cuando aumenta la altitud, se reduce la cantidad de oxígeno que llega a los alvéolos. Pero, por suerte, el organismo realiza cambios fisiológicos para mantener los tejidos bien oxigenados incluso a bajas presiones atmosféricas.
Si eso falla, puede provocar mal de altura. Normalmente, la mucosa respiratoria está un poco húmeda y, a 37 grados Celsius (temperatura corporal normal), existen algunas moléculas de agua en forma de vapor de agua.

Alveoli air pressure1:15–2:23

Estas moléculas crean una presión propia conocida como presión de vapor, o pH2O, que es de unos 47 mm Hg. El aire que respiramos se mezcla con estos vapores y se humidifica.
Al final de la inspiración, la presión del aire dentro de los alvéolos se iguala a la Patm, o presión del aire fuera del cuerpo, pero la composición es un poco diferente debido a la humidificación que tiene lugar en las vías respiratorias y los alvéolos.
Por lo tanto, si queremos saber qué cantidad de aire seco permanece dentro de los alvéolos, tenemos que restar esta presión de vapor de la mezcla y, a continuación, multiplicar la presión del aire seco por la FiO2, para obtener la cantidad de oxígeno que entra en los alvéolos.El intercambio de gases está ocurriendo a través de la membrana alveolocapilar todo el tiempo.
Algunas moléculas de oxígeno se difunden a través de la membrana y se unen a la hemoglobina de los eritrocitos. Al mismo tiempo, los eritrocitos desprenden dióxido de carbono, que se difunde desde la sangre, a través de la membrana, hasta los alvéolos, para que pueda ser liberado en la espiración.

Gas Exchange Dynamics2:23–5:04

Comprobemos la cantidad de cada uno de los gases que atraviesan la pared. Si suponemos que no hay dióxido de carbono en el aire inspirado, significa que todo el dióxido de carbono que hay en los alvéolos debe proceder de la sangre desoxigenada de los capilares.
La presión parcial de dióxido de carbono en los capilares, o PaCO2, varía entre 35 y 45 mm Hg, pero tomemos la media, 40 mm Hg, y digamos que es la cantidad de CO2 que se difunde de la sangre a los sacos alveolares.
Mientras esto ocurre, el oxígeno también se difunde en la otra dirección, desde los alvéolos a la sangre. Así que tenemos que determinar la cantidad de oxígeno que sale y restarla de la cantidad que hay en los alvéolos.
Esto nos da la cantidad de presión parcial de oxígeno en estado estacionario disponible en los alvéolos, o PAO2. La cantidad de oxígeno que entra en la sangre llega a las células del cuerpo, donde se utiliza para oxidar sustratos.
Existe una relación bastante fiable entre el dióxido de carbono que entra en los alvéolos y el oxígeno que entra en la sangre representada por la PaO2, con una a minúscula para la arteriola.
Este cociente se denomina cociente respiratorio, o RQ. Reorganizando esto un poco, eso significa que la cantidad de oxígeno que entra en la sangre es igual a la cantidad de dióxido de carbono que entra en los alvéolos dividida por RQ.La RQ varía un poco, pero, para alguien que sigue una dieta mixta, la RQ es de aproximadamente 0,8.
Si la cantidad de dióxido de carbono que entra en los alvéolos es de 40 mm hg, la cantidad de oxígeno que se intercambia sería PaCO2/RQ, o 40 mm Hg/0,8 o 50 mm Hg.
Para resumir, la presión parcial de oxígeno disponible en los alvéolos al final de cada inspiración es la presión parcial de oxígeno en el aire seco inspirado, menos la presión parcial de oxígeno que ya ha salido de los alvéolos hacia los capilares.
Esa es la ecuación del gas alveolar. Veamos cómo queda la ecuación a nivel del mar frente a la cima de una montaña de 3.000 metros.
A nivel del mar, la Patm es de 760 mm Hg, lo que hace que la PaO2 sea igual a 0,21 veces [760 mm Hg - 47 mm Hg] - [40 mm Hg/0,8], y eso da una PaO2 de 100 mm Hg.
Esta presión de oxígeno es suficiente para mantener una presión parcial de oxígeno arterial por encima de 75 mm Hg, lo que es suficiente para suministrar oxígeno a los tejidos corporales.En cambio, a 3000 metros de altura, la Patm es de 520 mm Hg.

Alveolar Gas Equation5:04–6:15

Así, aplicando la ecuación de los gases alveolares, la PaO2 alveolar desciende a unos 45 mm Hg, lo que constituye hipoxia alveolar.
La hipoxia alveolar significa que no hay suficientes moléculas disponibles para difundirse en la sangre, lo que provoca hipoxemia, es decir, poco oxígeno en la sangre, y, por último, hipoxia tisular, lo que significa que los tejidos tampoco reciben suficiente oxígeno.
Si esto ocurre debido a una baja presión en el aire inspirado, se denomina hipoxia hipobárica. La hipoxia alveolar provoca el estrechamiento de los vasos sanguíneos pulmonares en un proceso denominado vasoconstricción pulmonar hipóxica.
Cuando esto ocurre, la sangre tiene que someterse a presiones más altas para atravesar los vasos estrechos, lo que aumenta la presión en la circulación pulmonar.

Alveolar and Tissue Hypoxia6:15–7:37

A esto se le llama hipertensión pulmonar y, cuando esto sucede en muchos capilares, fluye menos sangre hacia los alvéolos para oxigenarse, empeorando aún más la hipoxemia y la hipoxia tisular.Para evitar este ciclo desde el principio, los quimiorreceptores periféricos de las paredes de las arterias carótidas y del cayado aórtico detectan la hipoxemia y empiezan a enviar más impulsos.
El rápido ritmo de envíos notifica a los centros respiratorios del tronco encefálico que deben aumentar la frecuencia respiratoria y la profundidad de la respiración.
En conjunto, esto se denomina hiperventilación. A medida que aumentan la frecuencia respiratoria y la profundidad de cada respiración, aumenta la ventilación por minuto, que es el volumen de aire que entra y sale de los pulmones en un minuto.
A medida que la hiperventilación atrae más aire, hace que haya más oxígeno disponible para difundirse a la sangre, y eso corrige la hipoxemia y la hipoxia tisular.
Además, cuando aumenta la frecuencia de activación de estos quimiorreceptores periféricos, se notifica a los centros cardíacos del núcleo del tracto solitario situados en la médula oblongada, o bulbo raquídeo.

Physiological Response to Hypoxemia7:37–9:33

El bulbo raquídeo responde disminuyendo la estimulación parasimpática del corazón y aumentando la simpática. Esto provoca un efecto dominó muy necesario: contracciones más rápidas del músculo cardiaco (o frecuencia cardiaca), lo que conduce a un mayor gasto cardiaco (que es la cantidad de sangre que bombea el corazón en un minuto), y todo ello mejora la oxigenación de los tejidos.
A medida que se continúa ascendiendo, la presión atmosférica desciende aún más, empeorando el estado de hipoxia hipobárica.
El cuerpo responde a esto aumentando aún más la hiperventilación. La hiperventilación sostenida no solo hace que se inhale más aire, sino que también provoca una exhalación excesiva de CO2.Normalmente, el CO2 se une al agua de la sangre y forma ácido carbónico - H2CO3.
A continuación, el ácido carbónico se disocia en hidrógeno H+ e iones de bicarbonato HCO3-, y ayuda a amortiguar el pH de la sangre.Para evitar las fluctuaciones del pH sanguíneo, la presión parcial de CO2 en la sangre (o PaCO2) debe mantenerse dentro de sus límites.
Con la hiperventilación sostenida, los niveles de PaCO2 descienden, por lo que hay menos producción de iones hidrógeno, lo que significa que el pH sanguíneo aumenta.
Esto se denomina alcalosis respiratoria, y los quimiorreceptores periféricos responden activándose menos para notificar a los centros respiratorios del tronco encefálico que detengan la hiperventilación.
Esto hace que la ventilación minuto disminuya, empeorando la hipoxia. El cuerpo tiene que lidiar con esta alcalosis respiratoria y recuperar el impulso respiratorio.
Para ello, los riñones excretan parte de los iones de bicarbonato, lo que hace que el ácido carbónico se disocie en más bicarbonatos, sustituyendo a los excretados.
El aumento de iones de hidrógeno disminuye el pH sanguíneo, lo que restablece el ritmo de activación de los quimiorreceptores periféricos y hace que los centros respiratorios del tronco encefálico vuelvan a permitir la hiperventilación.
Esto ayuda a satisfacer la demanda de oxígeno del organismo. Cuando la gente pasa días o semanas a gran altitud, por ejemplo, acampando en las laderas del Everest, el cuerpo realiza ajustes fisiológicos de larga duración, llamados aclimatación.Uno de los cambios que se producen en la aclimatación es que aumenta la transcripción de los genes que codifican la síntesis de eritropoyetina (o EPO).

Respiratory Alkalosis9:33–11:15

El resultado es la producción de mayores cantidades de EPO, hasta 1.000 veces superiores a la cantidad habitual. Grandes cantidades de EPO indican a la médula ósea que produzca más eritrocitos para transportar más oxígeno a los tejidos.
El bajo nivel de oxígeno en el organismo también envía señales a algunas otras células (como las células musculares lisas de la aorta y los macrófagos), haciendo que produzcan mayores cantidades de factor A de crecimiento endotelial vascular, o VEGF-A.
El VEGF-A es una proteína que favorece la formación de muchos otros capilares en la profundidad de los tejidos, a través de los cuales fluye más sangre, mejorando así la oxigenación.
Además, como consecuencia de la hipoxemia, los eritrocitos empiezan a producir más cantidad de una molécula llamada 2,3-bifosfoglicerato, o simplemente 2,3-BPG, lo que aumenta su concentración en la sangre y luego en los tejidos.
El 2,3-BPG tiene una gran afinidad por la hemoglobina, por lo que en los tejidos compite con el oxígeno, reduciendo así la afinidad oxígeno-hemoglobina y permitiendo que la hemoglobina libere más oxígeno a los tejidos.
Por último, la hipoxia tisular sostenida provoca un aumento de la óxido nítrico sintasa endotelial, o simplemente eNOS, que es la enzima que desdobla el aminoácido L-arginina en citrulina y óxido nítrico.

Acclimatization Mechanisms11:15–13:40

A continuación, el óxido nítrico desencadena una cascada de reacciones que actúan sobre los músculos lisos de los vasos sanguíneos y hacen que se relajen y amplíen su diámetro, en un proceso denominado vasodilatación.
Esto deja más espacio para que fluya la sangre, ayudando así a que llegue más oxígeno a los tejidos.A veces, las adaptaciones a la hipoxia hipobárica fallan y dan lugar a algunos trastornos fisiológicos bastante peligrosos, lo que se conoce comúnmente como mal de altura.
La forma más común de mal de altura es el mal agudo de montaña, y se sabe que empieza a producirse incluso a una altitud moderada: entre 2000 y 3500 metros.
El mecanismo exacto no está claro, pero se cree que es el resultado de un aumento de la vascularización cerebral debido a mayores cantidades de VEGF-A y a una vasodilatación cerebral excesiva causada por niveles más altos de óxido nítrico.
Esto provoca un aumento del flujo sanguíneo cerebral y de la presión intracraneal, lo que significa que las neuronas empiezan a funcionar mal al comprimirse.
Si se sigue ascendiendo a mayor altitud (por ejemplo, por encima de los 3.500 metros), puede evolucionar a una forma más grave de mal de altura denominada edema cerebral de altura, o ECA.
Se cree que el ECA se produce cuando la presión intravascular es lo suficientemente alta como para provocar una fuga de líquido plasmático en los tejidos cerebrales y causar un edema.Ocasionalmente, el mal de altura también puede manifestarse como edema pulmonar de altura o EPA, que, al igual que el ECA, suele producirse por encima de los 3500 metros.
Se cree que es el resultado de una vasoconstricción pulmonar exagerada y una producción insuficiente de óxido nítrico, lo que, en conjunto, provoca una hipertensión pulmonar grave.
Esto provoca la rotura de los capilares pulmonares y permite que el plasma y las células sanguíneas empiecen a filtrarse en el tejido pulmonar.Los síntomas del mal de altura son los del aumento de la presión intracraneal, como dolor de cabeza, náuseas, vómitos y mareos.
Se considera ECA cuando hay disfunción mental progresiva y ataxia, que es una falta de coordinación de los músculos voluntarios, lo que provoca anomalías en la marcha y cambios en el habla.

Altitude Sickness13:40–14:33

A medida que el ECA progresa, provoca el coma y después la muerte. Por otro lado, las personas con EPA suelen presentar un empeoramiento de la disnea y tos no productiva.
A medida que progresan los síntomas, la tos se vuelve productiva, con esputo espumoso de color rosado, y, finalmente, el individuo empieza a toser sangre.##RESUMENY ahora, un resumen rápido: cuando aumenta la altitud, la presión atmosférica del aire desciende, lo que provoca hipoxia hipobárica.
Inicialmente, el organismo responde a esta situación mediante el proceso de acomodación, que consiste en aumentar la frecuencia y la profundidad respiratorias para mejorar la ventilación minuto y elevar la frecuencia cardiaca para obtener un mayor gasto cardiaco.

High Altitude Cerebral Edema (HACE)14:33–14:57

Con el paso del tiempo, el organismo empieza a aclimatarse, que es el proceso por el que experimenta cambios adaptativos duraderos que mejoran la oxigenación de los tejidos.
Estos incluyen una mayor concentración de EPO, que conduce a un aumento de la hematopoyesis, mayores niveles de VEGF-A, que aumentan el número de vasos sanguíneos, la síntesis de óxido nítrico, que aumenta la vasodilatación sistémica, y el aumento de la cantidad de 2,3 GPD para ayudar a la hemoglobina a liberar fácilmente oxígeno a los tejidos.

High Altitude Pulmonary Edema (HAPE)14:57–15:31

Cuando el organismo no consigue adaptarse adecuadamente a la altitud, se produce el mal de altura, que puede presentarse de distintas formas, como mal agudo de montaña, edema cerebral de altura y edema pulmonar de altura.

Clinical Manifestations15:31–16:17

Review16:17–15:21