Anatomía y fisiología II

En reposo, el sistema respiratorio realiza sus funciones a un ritmo constante y rítmico, regulado por los centros respiratorios del cerebro. A este ritmo, la ventilación proporciona suficiente oxígeno a todos los tejidos del cuerpo. Sin embargo, hay ocasiones en las que el sistema respiratorio debe alterar el ritmo de sus funciones para adaptarse a las demandas de oxígeno del organismo.

La hiperpnea

La hiperpnea es un aumento de la profundidad y la frecuencia de la ventilación para satisfacer un aumento de la demanda de oxígeno, como podría observarse en el ejercicio o en una enfermedad, especialmente en las enfermedades que afectan al tracto respiratorio o digestivo. Esto no altera significativamente los niveles de oxígeno o dióxido de carbono en la sangre, sino que simplemente aumenta la profundidad y la tasa de ventilación para satisfacer la demanda de las células. Por el contrario, la hiperventilación es un aumento de la tasa de ventilación que es independiente de las necesidades celulares de oxígeno y conduce a niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en sangre y a un pH sanguíneo elevado (alcalino).

Interesantemente, el ejercicio no causa hiperpnea como se podría pensar. Los músculos que realizan trabajo durante el ejercicio sí aumentan su demanda de oxígeno, estimulando un aumento de la ventilación. Sin embargo, la hiperpnea durante el ejercicio parece producirse antes de que se produzca un descenso de los niveles de oxígeno dentro de los músculos. Por lo tanto, la hiperpnea debe ser impulsada por otros mecanismos, ya sea en lugar de o además de una caída en los niveles de oxígeno. Los mecanismos exactos que subyacen a la hiperpnea durante el ejercicio no se conocen bien, y algunas hipótesis son algo controvertidas. Sin embargo, además del bajo nivel de oxígeno, el alto nivel de dióxido de carbono y los bajos niveles de pH, parece haber una compleja interacción de factores relacionados con el sistema nervioso y los centros respiratorios del cerebro.

En primer lugar, una decisión consciente de participar en el ejercicio, u otra forma de esfuerzo físico, da lugar a un estímulo psicológico que puede desencadenar que los centros respiratorios del cerebro aumenten la ventilación. Además, los centros respiratorios del cerebro pueden ser estimulados mediante la activación de las neuronas motoras que inervan los grupos musculares que participan en la actividad física. Por último, el esfuerzo físico estimula los propioceptores, que son receptores situados dentro de los músculos, las articulaciones y los tendones, que perciben el movimiento y el estiramiento; los propioceptores crean así un estímulo que también puede activar los centros respiratorios del cerebro. Estos factores neuronales son coherentes con el aumento repentino de la ventilación que se observa inmediatamente al comenzar el ejercicio. Dado que los centros respiratorios son estimulados por las entradas psicológicas, de las neuronas motoras y de los propioceptores a lo largo del ejercicio, el hecho de que también se produzca una disminución repentina de la ventilación inmediatamente después de finalizar el ejercicio, cuando cesan estos estímulos neurales, apoya aún más la idea de que están implicados en el desencadenamiento de los cambios de la ventilación.

Efectos de la altitud

Un aumento de la altitud provoca una disminución de la presión atmosférica. Aunque la proporción de oxígeno en relación con los gases de la atmósfera se mantiene en un 21%, su presión parcial disminuye (véase la tabla 1). Como resultado, es más difícil para un cuerpo alcanzar el mismo nivel de saturación de oxígeno a gran altitud que a baja altitud, debido a la menor presión atmosférica. De hecho, la saturación de hemoglobina es menor a grandes altitudes en comparación con la saturación de hemoglobina a nivel del mar. Por ejemplo, la saturación de hemoglobina es de aproximadamente el 67 por ciento a 19.000 pies sobre el nivel del mar, mientras que alcanza aproximadamente el 98 por ciento a nivel del mar.

Tabla 1. Presión parcial de oxígeno a diferentes altitudes
Lugar del ejemplo	Altitud (pies sobre el nivel del mar)	Presión atmosférica (mm Hg)	Presión parcial de oxígeno (mm Hg)
Ciudad de Nueva York, Nueva York	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike’s Peak, Colorado	14.000	447	94
Denali (Mt. McKinley), Alaska	20.000	350	73
Mt. Everest, Tíbet	29.000	260	54

Como se recuerda, la presión parcial es extremadamente importante para determinar la cantidad de gas que puede atravesar la membrana respiratoria y entrar en la sangre de los capilares pulmonares. Una menor presión parcial de oxígeno significa que hay una menor diferencia de presiones parciales entre los alvéolos y la sangre, por lo que menos oxígeno atraviesa la membrana respiratoria. En consecuencia, la hemoglobina une menos moléculas de oxígeno. A pesar de ello, los tejidos del cuerpo siguen recibiendo una cantidad suficiente de oxígeno durante el reposo a gran altura. Esto se debe a dos mecanismos principales. En primer lugar, el número de moléculas de oxígeno que entran en el tejido desde la sangre es casi igual entre el nivel del mar y las grandes altitudes. A nivel del mar, la saturación de la hemoglobina es mayor, pero sólo una cuarta parte de las moléculas de oxígeno se liberan realmente en el tejido. A grandes altitudes, se libera una mayor proporción de moléculas de oxígeno en los tejidos. En segundo lugar, a grandes alturas, los eritrocitos producen una mayor cantidad de BPG, lo que aumenta la disociación del oxígeno de la hemoglobina. El esfuerzo físico, como el esquí o el senderismo, puede provocar el mal de altura debido a la escasa cantidad de reservas de oxígeno en la sangre a grandes alturas. A nivel del mar, hay una gran cantidad de reserva de oxígeno en la sangre venosa (aunque se considere que la sangre venosa está «desoxigenada») de la que pueden abastecerse los músculos durante el esfuerzo físico. Dado que la saturación de oxígeno es mucho menor a mayor altitud, esta reserva venosa es pequeña, lo que da lugar a síntomas patológicos de niveles bajos de oxígeno en sangre. Es posible que haya oído que es importante beber más agua cuando se viaja a altitudes superiores a las acostumbradas. Esto se debe a que su cuerpo aumentará la micción (orinar) a grandes alturas para contrarrestar los efectos de los bajos niveles de oxígeno. Al eliminar los líquidos, los niveles de plasma sanguíneo disminuyen, pero no el número total de eritrocitos. De este modo, la concentración global de eritrocitos en la sangre aumenta, lo que ayuda a los tejidos a obtener el oxígeno que necesitan.

El mal de montaña agudo (MAM), o mal de altura, es una condición que resulta de la exposición aguda a grandes altitudes debido a una baja presión parcial de oxígeno a grandes alturas. El MAM suele producirse a 2400 metros (8000 pies) sobre el nivel del mar. El AMS es el resultado de los bajos niveles de oxígeno en la sangre, ya que el cuerpo tiene dificultades agudas para adaptarse a la baja presión parcial de oxígeno. En casos graves, el AMS puede provocar un edema pulmonar o cerebral. Los síntomas del AMS incluyen náuseas, vómitos, fatiga, aturdimiento, somnolencia, sensación de desorientación, aumento del pulso y hemorragias nasales. El único tratamiento para el AMS es descender a una altitud menor; sin embargo, los tratamientos farmacológicos y el oxígeno suplementario pueden mejorar los síntomas. El MAM puede prevenirse ascendiendo lentamente a la altitud deseada, permitiendo que el cuerpo se aclimate, así como manteniendo una hidratación adecuada.

Aclimatación

Especialmente en situaciones en las que el ascenso se produce demasiado rápido, viajar a zonas de gran altitud puede provocar MAM. La aclimatación es el proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a una gran altitud. A lo largo de un periodo de tiempo, el cuerpo se ajusta para adaptarse a la menor presión parcial de oxígeno. La baja presión parcial de oxígeno a grandes alturas da lugar a un menor nivel de saturación de oxígeno de la hemoglobina en la sangre. A su vez, los niveles de oxígeno en los tejidos también son más bajos. Como resultado, los riñones se ven estimulados a producir la hormona eritropoyetina (EPO), que estimula la producción de eritrocitos, lo que da lugar a un mayor número de eritrocitos circulantes en un individuo a gran altitud durante un periodo prolongado. Con más glóbulos rojos, hay más hemoglobina para ayudar a transportar el oxígeno disponible. Aunque haya una baja saturación de cada molécula de hemoglobina, habrá más hemoglobina presente y, por tanto, más oxígeno en la sangre. Con el tiempo, esto permite a la persona participar en el esfuerzo físico sin desarrollar AMS.

Revisión del capítulo

Normalmente, los centros respiratorios del cerebro mantienen un ciclo respiratorio consistente y rítmico. Sin embargo, en ciertos casos, el sistema respiratorio debe ajustarse a los cambios de situación para suministrar al cuerpo suficiente oxígeno. Por ejemplo, el ejercicio provoca un aumento de la ventilación, y la exposición crónica a una gran altitud provoca un mayor número de eritrocitos circulantes. La hiperpnea, un aumento de la tasa y la profundidad de la ventilación, parece ser una función de tres mecanismos neurales que incluyen un estímulo psicológico, la activación de las neuronas motoras de los músculos esqueléticos y la activación de los propioceptores en los músculos, las articulaciones y los tendones. Como resultado, la hiperpnea relacionada con el ejercicio se inicia cuando éste comienza, en contraposición a cuando la demanda de oxígeno de los tejidos aumenta realmente.

En cambio, la exposición aguda a una gran altitud, en particular durante los momentos de esfuerzo físico, da lugar a niveles bajos de oxígeno en la sangre y en los tejidos. Este cambio está causado por una baja presión parcial de oxígeno en el aire, ya que la presión atmosférica a grandes alturas es menor que la presión atmosférica a nivel del mar. Esto puede provocar un trastorno llamado mal agudo de montaña (MAM) con síntomas que incluyen dolores de cabeza, desorientación, fatiga, náuseas y aturdimiento. Durante un largo periodo de tiempo, el cuerpo de una persona se ajustará a la gran altitud, un proceso llamado aclimatación. Durante la aclimatación, los bajos niveles de oxígeno en los tejidos harán que los riñones produzcan mayores cantidades de la hormona eritropoyetina, que estimula la producción de eritrocitos. El aumento de los niveles de eritrocitos circulantes proporciona una mayor cantidad de hemoglobina que ayuda a suministrar al individuo más oxígeno, lo que previene los síntomas de la EMA.

Autocomprobación

Responda a la(s) siguiente(s) pregunta(s) para ver en qué medida comprende los temas tratados en la sección anterior.

Glosario

Mal agudo de montaña (MAM): afección que se produce como consecuencia de la exposición aguda a grandes alturas debido a una baja presión parcial de oxígeno

aclimatación: proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a grandes alturas

hiperpnea: aumento de la tasa y la profundidad de la ventilación debido a un aumento de la demanda de oxígeno que no altera significativamente los niveles de oxígeno o dióxido de carbono en sangre

hiperventilación: aumento de la tasa de ventilación que provoca niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en sangre y un pH sanguíneo elevado (alcalino)

.