Fisiologia respiratoria de la altura

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Fisiologia respiratoria de la altura

  1. 1. Fisiologia Respiratoria de la Altura Dr. Antonio López
  2. 2. Historia…. • La primera evidencia escrita fue en 37 AC, cuando un oficial chino describe en sus tropas “Big Headache and Little Headache Mountains”. • Durante la conquista de américa el padre José de Acosta (1536), describe de lo sutil del aire que enferma a hombre y animales • Durante la guerra de China e India en 1962 a unos 5.000 m, India perdió más soldados por mal de altura que en los combates (15% por EAPA)
  3. 3. Importancia • 35 millones de personas en America Latina viven en altitudes > 2.500 msnm. • 80 millones en Asia. • Prevalencia de enfermedades crónicas de la altura e HAP es 5 – 10%. • Mayor cantidad de viajes por trabajo, negocio, turismo o deporte
  4. 4. La atmósfera • Masa de gas que cubre toda la superficie de la tierra; 10.000 km de espesor • 80% de su masa en los primeros 15 km • Composición: – Nitrógeno (N2) 78,1% – Oxígeno (O2) 20,9% – Otros gases (Ar, Ne, He, CO2, H2O) – Partículas suspendidas – Contaminantes
  5. 5. Fisiologia Respiratoria de la Altura
  6. 6. Cadena respiratoria CENTRO RESPIRATORIO VIAS NERVIOSAS FUELLE TORACOPULMONAR CIRCULACION SANGUINEA DIFUSION TISULAR
  7. 7. Presiones O2 PO2 150 mmHg PBO2 Aire atmosférico seco PIO2 Aire traqueal PEO2 Aire espirado PAO2 Aire alveolar 100 mmHg PaO2 Arterial GRADIENTE ALVEOLO ARTERIAL 50 mmHg PcO2 Capilar medio PmO2 mitocondrias
  8. 8. UNIDAD ALVEOLO CAPILAR DIFERENCIA ALVEOLOARTERIAL DE OXIGENO 10 a 15 mmHg
  9. 9. FORMULA DE ECUACIÓN ALVEOLAR PA O2= {(PB - P H2O) X FIO2 } - ( PaCO2/R)
  10. 10. Fisiologia Respiratoria de la altura • Desde la antigüedad se conocen los efectos de la altura • Marco Polo en viaje al Tibet (hace 25.000 años) • Conquistadores de América en Los Andes (Hace 10.000 años) • Siglo XIX Paul Bert, empezó a estudiar los efectos de la altura y advirtió que los efectos perjudiciales se debía a disminución de la presión atmosférica
  11. 11. 0,6 0,4 La disminución en la presion barométrica y la densidad del aire en función de la altura 0,8 densidad 1,2 (g/l) 1,0 Mont Everest (8848 m) 9000 8000 7000 PB 6000 Mont Blanc (4807 m) 5000 4000 La Paz (3600 m) 3000 Mexico (2235 m) 2000 1000 760 100 0 0 200 25 300 50 400 75 500 100 PiO2 (mmHg) 600 PB (mmHg) 700 125 150
  12. 12. DEFINICION BIOLOGICA DE ALTURA 100 vida imposible ? 80 V02 max (% nm) 8848 m 60 Altura extrema 20 5500 m Altura alta vida permanente imposible 40 0 Cima del Everest 760700 600 500 400 300 200 PB (mmHg) 1 2 3 4 5 6 7 8 910 0 Altitude (km) efectos en reposo 2000 m Altura media efectos en la performance maxima 1000 m Altura baja ningún efecto
  13. 13. RANGO DE ALTITUDES • • • • • 0 a 1.000 1.000 a 2.000 2.000 a 3.000 3.000 a 5.000 5.000 a 8.848 msn msn msn msn msn Nivel del mar Baja Altitud Altitud moderada Gran altitud Altitud extrema
  14. 14. Areas con elevada altitud Altiplano 3500 m 28% 4250 m 60%
  15. 15. Importante • A partir de los 1.500 msnm ya hay cambios fisiologicos y ocasionalmente enfermedades.
  16. 16. La presión barométrica es menor a mayor altitud
  17. 17. Altura (m) Presión Barométrica (mmHg) PiO2 (mmHg) Nivel de mar 760 149 1000 m 679 133 2000 m 603 117 3000 m 523 100 4000 m 475 90
  18. 18. Presion barometrica medida Cochabamba 2500 m. Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  19. 19. Concentracion de O2 segun la altitud y PB en diferentes ciudades de Latinoamerica Caracas Mexico Bogota La Paz Oroya (Peru) Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  20. 20. Composicion del gas alveolar Nivel del mar Bogota o Cochabamba Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  21. 21. Determinacion de gases arteriales en Bogota - Cochabamba Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  22. 22. Presion arterial de O2 segun la altura Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  23. 23. Valores normales de gases PO2 y PCO2 Gases Sanguineos Fisiologia de la Respiracion e Insuficiencia Respiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota
  24. 24. Curva de disociación de la oxihemoglobina Saturación de la hemoglobina (%) 100 ZONA SEGURA 80 Aumento del 2-3 DPG Aumento del pH Disminución del Tº 60 40 Desviación a la derecha ZONA SEGURA 20 Presión de O2 (mm Hg ) 20 40 60 80 100
  25. 25. 160 100 140 SaO2 90 120 Sa O2(%) Presión parcial de oxígeno (mmHg) PAO2 vs PaO2 PAO2 100 80 PaO2 60 40 80 70 60 20 | | | | | 50 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 Altitud (metros sobre nivel del mar) Hackett,Roach,Sutton.High altitude medicine,1989
  26. 26. Reservas de oxígeno Contenido de oxígeno Reserva eritropoyética Reserva respiratoria Reserva de flujo Reserva química Reserva capilar Gasto cardíaco Reserva de sangre v Metcalfe & Dhindsa (1970) Diferencia arteriovenosa de oxígeno a Presión parcial de oxígeno
  27. 27. Reserva eritropoyética • Incremento de hemoglobina y RBC circulantes – A corto plazo por medio de una hemoconcentración • Contracción esplácnica • Incremento de diuresis • Evapotranspiración asociada a hiperventilación – A largo plazo por incremento de eritropoyesis (HIF EPO) NORMOXIA O2 Prolilhidroxilasa VHL Complejo Von Hippel-Lindau OH Ub Ubiquitina Degradación HIF-1 Núcleo HIPOXIA Expresión de genes HREs Genes diana HREs Hypoxia Responsive Elements
  28. 28. Señalización iniciada por HIF 1 A • No sólo se trata de EPO, es la homeostasis del oxígeno: Metabolismo Proliferación/Supervivencia HIF-1 Biología vascular Hierro/Eritropoyesis HIF1A es un factor de transcripción con dominios HLH-PAS encontrado en células de mamíferos creciendo a concentraciones bajas de oxígeno. Juega un papel esencial en la respuesta celular y sistémica a la hipoxia. HIF1A es una de las clases de factores inducibles por hipoxia, una familia que incluye HIF1A, HIF2A y HIF3A.
  29. 29. Reserva capilar • Aumento de densidad capilar en los tejidos periféricos, especialmente miocardio y músculo esquelético – Autorregulación local: • Reducción de resistencia periférica vasodilatación arteriolar (NO, adenosina) • Mayor tiempo de apertura de capilares – Angiogénesis: capilares “de novo” (HIF VEGF) • A igual gasto cardíaco, el mayor flujo capilar aumenta la extracción de oxígeno
  30. 30. Reserva química • Cambio en la curva de afinidad Hb-O2 – Aumento de afinidad a nivel alveolar • ↑2-3 DPG • Efecto Haldane – Disminución de afinidad a nivel periférico • Efecto Bohr facilitado por acidificación tisular
  31. 31. Cambio en la curva de afinidad Hb-O2
  32. 32. Reserva circulatoria • Reserva de flujo: Aumento del gasto cardíaco • Incremento en frecuencia cardiaca • A largo plazo: hipertrofia ventricular y elevación del volumen sistólico – Riesgo de edema pulmonar • Reserva de sangre: Aumento de la irrigación – Redistribución de flujo regional – Modificación de las cualidades reológicas sanguíneas • Menor agregabilidad eritrocitaria a nivel venoso • Mayor deformabilidad eritrocitaria en la microcirculación • Todo ello contribuye a aumentar el aporte periférico de oxígeno
  33. 33. Reserva respiratoria • Incremento en la saturación arterial de oxígeno – Ajuste óptimo de la razón ventilación/perfusión • Este mecanismo es el más limitado de todos: – La hipertensión pulmonar puede empeorar el intercambio por exudación hacia el espacio alveolar lo que aumenta la barrera alveolocapilar – El margen de aumento de SatO2 es muy pequeño a nivel del mar pero puede resultar importante en altitud. • También contribuye a aumentar la diferencia arteriovenosa de oxígeno
  34. 34. Respuesta a la altura • 3 fases o etapas: 1. Aclimatación 2. Adaptación o ajuste 3. Adaptación evolutiva (genética).
  35. 35. Tiempo de adaptación a la altura • Depende de la Altura, por ej: • 2 semanas para 2300 mts. • + 1 semana por cada 600 mts.
  36. 36. RESPUESTAS FISIOLOGICAS 1. ACLIMATACION: Cambios fenotípicos que se desarrollan inmediatamente al momento de llegar a la altura para disminuir los efectos de la hipoxemia. Reversibles.
  37. 37. ACLIMATACION • • • • • • REPOSO Hiperventilación Aumento del gasto cardiaco Perdida de volumen plasmático Aumenta el 2,3 Difosfoglicerato en los eritrocitos Poliglobulia (3 a 5 días).Más en las 2 primeras semanas
  38. 38. Cambios en el equilibrio ácido – base VM pH PCO2 0 1 2 HCO3 3 4 5 6 7 Días de estadía en la altura
  39. 39. RESPUESTAS FISIOLOGICAS 2. ADAPTACION o AJUSTE: Desarrollo de ciertos mecanismos fisiológicos que capacitan a las personas expuestas por largo tiempo a la hipoxia para llevar una vida cercana a la normal. Reversibles
  40. 40. ADAPTACION o AJUSTE • Poliglobulia (3 a 5 días). • Más en las 2 primeras semanas y luego disminuye. • Aumenta la capacidad de difusión • Aumenta densidad capilar de los órganos sobretodo de los músculos.
  41. 41. Aclimatación y adaptación Respuesta fisiológica a la altura
  42. 42. RESPUESTAS FISIOLOGICAS CRONICAS 3. ADAPTACION EVOLUTIVA (GENETICA) : Desarrollo a lo largo de los siglos en las poblaciones expuestas a la altura por muchas generaciones . Irreversibles.
  43. 43. ADAPTACION EVOLUTIVA (GENETICA) • El proceso de seleccion natural se desarrollo a lo largo de 11.000 a 11.500 años en el altiplano andino y 20.000 a 25.000 años en el Tibet. • La adaptacion genetica etiope 3.530 msnm en el parque Nacional de las Montanas Semien Gondar Norte es desconocida, sin hipoxemia ni eritrocitosis.
  44. 44. Diferentes patrones de adaptacion a la hipoxia de las grandes alturas comparando la presencia o ausencia de eritrocitosis e hipoxemia arterial Presion parcial de oxigeno Inspirado Nivel del mar Etiopia Tibet Los Andes 100% 64% 60% 60% Hipoxemia Arterial + + Eritrocitosis + “Los habitantes de los Andes tomaron la ruta hematologica y los del Tibet la ruta respiratoria” ….10 genes especiales que les permiten procesar el oxígeno de modo diferente al común de los mortales y tienen un nivel más alto de óxido nítrico…..
  45. 45. Habitante de Los Andes (Lago Titicaca)
  46. 46. …en función de la altitud Fases de adaptation a la alta altitud
  47. 47. CONSECUENCIAS 1.- Hipoxia Hipobárica 2.- Disminución de la Temperatura corporal (6,5º C/ 1.000 metros) 3.- Aire seco que predispone a enfermedades irritativas oculares y respiratorias .Deshidratación. (2.000 msnm ↓50% y 4.000 msnm ↓ 75%) 4.- Aumenta la radiación ultravioleta incrementando el riesgo de quemadura solares. ( ↑2 a 4%/100 metros hasta los 2.000 msnm y ↑ 1% cada 100 metros)
  48. 48. Alteraciones en el SNC
  49. 49. Barometric Pressure (Pb) and Partial Pressure of Inspired Oxygen (PiO2) in Blood Samples Obtained from Subjects Breathing Ambient Air at Various Altitudes between London and the Summit of Mount Everest.
  50. 50. GSA a diferentes altitudes
  51. 51. Contenido arterial de oxígeno • CaO2 = (1.34 x ctHb x SaO2) + (0.003 x PaO2) donde: • • • • CaO2 – Contenido arterial de oxígeno ctHb – Contenido de Hemoglobina Total SaO2 – Saturación de Oxígeno en sangre arterial PaO2 – Presión parcial de oxígeno en sangre arterial • Rango normal: 16-20 ml de O2 por cada 100 ml de sangre
  52. 52. RESPUESTAS METABOLICAS A LA ALTURA • • • • • • Aumento de Catecolaminas Aumento de Glucorticoides Aumento de Hormona Antidiurética Aumento de Hormona Tiroidea Aumento del Glucagón Aumento de la Insulina • Disminución de la Aldosterona • Disminución de la Renina

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