Fisiologia respiratoria de la altura

1. Fisiologia Respiratoria de la Altura Dr. Antonio López

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. Importancia 35 millones de personas en America L atina viven en altitudes > 2.500 msnm . 80 millones en Asia. Prevalencia de e nfermedades crónicas de la altura e HAP es 5 – 10%. Mayor cantidad de v iajes por trabajo , negocio , turismo o deporte

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 (N 2 ) 78,1% Oxígeno (O 2 ) 20,9% Otros gases (Ar, Ne, He, CO 2 , H 2 O) Partículas suspendidas Contaminantes

5. Fisiologia Respiratoria de la Altura

6. Cadena respiratoria CENTRO RESPIRATORIO VIAS NERVIOSAS FUELLE TORACOPULMONAR CIRCULACION SANGUINEA DIFUSION TISULAR

7. Presiones O2 PO2 PBO2 PIO2 PEO2 PAO2 PaO2 PcO2 PmO2 GRADIENTE ALVEOLO ARTERIAL 100 mmHg 150 mmHg 50 mmHg Aire atmosférico seco Aire traqueal Aire espirado Aire alveolar Arterial Capilar medio mitocondrias

8. UNIDAD ALVEOLO CAPILAR DIFERENCIA ALVEOLOARTERIAL DE OXIGENO 10 a 15 mmHg

9. FORMULA DE ECUACIÓN ALVEOLAR PA O2= {(PB - P H2O) X FIO2 } - ( PaCO2/R) Presion barométrica

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. 100 200 300 400 500 600 700 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 760 P B Mont Everest (8848 m) ‏ Mont Blanc (4807 m) ‏ La Paz (3600 m) ‏ Mexico (2235 m) ‏ 25 50 75 100 125 150 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 (g/l) ‏ PB (mmHg) ‏ PiO 2 (mmHg) ‏ densidad La disminución en la presion barométrica y la densidad del aire en función de la  altura

12. DEFINICION BIOLOGICA DE ALTURA 8848 m Altura extrema 5500 m Altura alta 2000 m Altura media Altura baja 1000 m vida imposible ? vida permanente imposible efectos en reposo ningún efecto efectos en la performance maxima Cima del Everest 100 80 60 40 20 V0 2 max (% nm) ‏ 760 700 600 500 400 300 200 P B (mmHg) ‏ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Altitude (km) ‏

13. RANGO DE ALTITUDES 0 a 1.000 msn Nivel del mar 1.000 a 2.000 msn Baja Altitud 2.000 a 3.000 msn Altitud moderada 3.000 a 5.000 msn Gran altitud 5.000 a 8.848 msn Altitud extrema

14. Altiplano 3500 m 28% 4250 m 60% Areas con elevada altitud

15. Importante A partir de los 1.500 msnm ya hay cambios fisiologicos y ocasionalmente enfermedades .

16. La presión barométrica es menor a mayor altitud

17. Altura (m) Presión PiO 2 Barométrica ( mmHg) ( mmHg) ‏ Nivel de mar 760 149 1000 m 679 133 2000 m 603 117 3000 m 523 100 4000 m 475 90

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. Concentracion de O2 segun la altitud y PB en diferentes ciudades de L atinoamerica 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. 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. 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. 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. Valores normales de gases PO2 y PCO2 Gases S anguineos Fisiologia de la R espiracion e Insuficiencia R espiratoria Aguda JF Patino 7ma edicion .Santa fe -Bogota

24. Curva de disociación de la oxihemoglobina 100 ZONA SEGURA 80 60 40 ZONA SEGURA 20 20 40 60 80 100 Aumento del 2-3 DPG Aumento del pH Disminución del Tº Desviación a la derecha Saturación de la hemoglobina (%) Presión de O2 (mm Hg )

25. PAO2 vs PaO2 | | | | | 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 Altitud (metros sobre nivel del mar) Presión parcial de oxígeno ( mmHg ) 20 40 60 80 100 120 140 160 Sa O2(%) 50 60 70 80 90 100 Hackett,Roach,Sutton.High altitude medicine,1989 SaO2 PAO2 PaO2

26. Reservas de oxígeno Reserva de flujo Reserva eritropoyética Reserva respiratoria Gasto cardíaco Presión parcial de oxígeno v a Contenido de oxígeno Reserva química Reserva capilar Reserva de sangre Diferencia arteriovenosa de oxígeno Metcalfe & Dhindsa (1970) ‏

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) ‏ HIF-1    Prolilhidroxilasa O 2 OH VHL Ub Degradación NORMOXIA HIPOXIA Genes diana Núcleo Expresión de genes HREs Complejo Von Hippel-Lindau Ubiquitina HREs Hypoxia Responsive Elements

28. Señalización iniciada por HIF 1 A No sólo se trata de EPO, es la homeostasis del oxígeno: HIF-1  Metabolismo Biología vascular Hierro/Eritropoyesis Proliferación/Supervivencia 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. 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. Reserva química Cambio en la curva de afinidad Hb-O 2 Aumento de afinidad a nivel alveolar ↑ 2-3 DPG Efecto Haldane Disminución de afinidad a nivel periférico Efecto Bohr facilitado por acidificación tisular

31. Cambio en la curva de afinidad Hb-O 2

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. 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 alveolo-capilar El margen de aumento de SatO 2 es muy pequeño a nivel del mar pero puede resultar importante en altitud. También contribuye a aumentar la diferencia arteriovenosa de oxígeno

34. Respuesta a la altura 3 fases o etapas : Aclimatación Adaptación o ajuste Adaptación evolutiva ( genética ).

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. RESPUESTAS FISIOLOGICAS ACLIMATACION : Cambios fenotípicos que se desarrollan inmediatamente al momento de llegar a la altura para disminuir los efectos de la hipoxemia . Reversibles.

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. Cambios en el equilibrio ácido – base PCO2 VM pH HCO3 0 1 2 3 4 5 6 7 Días de estadía en la altura

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. 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. Aclimatación y adaptación Respuesta fisiológica a la altura

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. 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. Diferentes patrones de adaptacion a la hipoxia de las grandes alturas comparando la presencia o ausencia de eritrocitosis e hipoxemia arterial Nivel del mar Etiopia Tibet Los Andes Presion parcial de oxigeno Inspirado Hipoxemia Eritrocitosis Arterial 100% - - 64% - - 60% + - 60% + + “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. Habitante de Los Andes ( L ago Titicaca)

46. Fases de adaptation a la alta altitud …en función de la altitud

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. Alteraciones en el SNC

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. GSA a diferentes altitudes

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. 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