Las causas de la hipoxia y respiración en ambientes especiales

1. Las causas de la hipoxia y respiración en ambientes especiales Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

2. Guia de estudio • Objetivos: Conocer el concepto de hipoxia, sus principales causas y manifestaciones así como la influencia que tiene sobre ellas el aumentar la fracción inspirada de oxígeno. Dar ejemplo de los mismos con énfasis en analizar los efectos agudos y crónicos de las grandes alturas. Conocer el caso particular de los ambientes hiperbáricos. • Boron: capítulo 61: páginas1268 a 1277. • ATPs Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

3. Hipoxia Oxigenación tisular deficiente: cantidad de oxígeno insuficiente para realizar las funciones metabólicas. Se ve con PaO2 < 60 mmHg. Anoxia: ausencia completa de oxígeno en los tejidos. PaCO2 < 40 mmHg: hipocapnia PaCO2 > 40 ± 2 mmHg: hipercapnia PaO2 < 85 mmHg: hipoxemia: fracaso del sistema respiratorio para oxigenar la sangre. pH > 7.42 alcalemia; pH< 7.37 acidemia

4. Causas de hipoxia tisular • Hipoxia hipóxica (con hipoxemia): PAO2 baja; deterioro de la difusión; cortocircuitos derecha izq; desequilibrios VA/Q. • Hipoxia anémica e intoxicación por CO • Hipoxia por hipoperfusión (circulatoria). • Hipoxia histotóxica Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

5. Existe una diferencia Alveolo- arterial de P oxígeno (AaDO2). Normal: AaDO2= 5 -15 mmHg Anormal: AaDO2> De 15 mmHg PAO2 = 100-102 mmHg PaO2= 85-95 mmHg Esto a nivel del mar y respirando O2 al 21%. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

6. En una persona normal este gradiente A-a se debe a mezcla venosa por: • Cortocircuito de derecha a izquierda (circulación bronquial y venas de Tebesio). • Variaciones regionales de la VA/Q 1/2 1/2 Hipoxemia= Disminución de la PaO2 por debajo de lo normal para la edad de la persona. Puede haber hipoxemia asociada o no con aumento de la AaDO2. Hipoventilación alveolar y grandes alturas causan hipoxemia sin un aumento de la AaDO2 Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

7. Algoritmo para el diagnóstico de la hipoxemia Glenny RW. Teaching ventilation perfusion relationships in the lung. Adv Physiol Educ. 2008. 32: 192-195. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

8. Cianosis Coloración morada de la piel, lechos ungueales, mucosas, labios. Signo de un transporte insuficiente de oxígeno. Se ve con lapresencia de más de 5 g/dL de hemoglobina reducida. En anemia severa podría estar ausente aún con hipoxemia presente. En policitemia podría estar presente sin que haya disminución del contenido de oxígeno en la sangre arterial. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

9. Hipoxia hipóxica Hay hipoxemia: PaO2 se encuentra disminuida. Puede deberse a: 1. PAO2 baja: Hipoventilación alveolar: depresión o lesión de centros resp, daño de nervios de musc resp, enf de la placa motora, alt de mecánica pulmonar, obstrucción vía aérea. No aumenta la AaDO2 Grandes Alturas: PBO2 y PIO2 baja, No aumenta la AaDO2 2. Deterioro de la difusión: fibrosis pulmonar, edema intersticial. Aumenta la AaDO2 3. Cortocircuitos der-izq: Aumenta la AaO2 4. Desacoples VA/Q: Aumenta la AaO2 Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

10. PO2 alveolar baja 1. Hipoventilación alveolar: • PAO2 disminuida • PACO2 aumentada 2. Grandes alturas: producen disminución de PAO2 con disminución de PACO2. Disminuye la PvO2 y el contenido de O2 venoso. 3. Disminución de la FIO2: Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

11. Deterioro de la Difusión • PAO2 es normal. • PaO2 está disminuida. • Hay aumento de la diferencia AaO2 • Contenido de oxígeno de la sangre arterial se encuentra disminuido. • PvO2 disminuida. Contenido de oxígeno de la sangre venosa se encuentra disminuido. • Mejora al aumentar la FIO2. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

12. Cortocircuitos (mezcla venosa) • PAO2 normal o elevada. • Se observa un aumento en la • AaDO2 • PaCO2 no aumenta si pueden hiperventilar. • NO mejora al aumentar la FIO2: la sangre del cortocircuito no entra en contacto con alveolos con una alta PAO2. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

13. Hipoxia anémica PAO2 y PaO2 son normales Contenido de oxígeno de la sangre disminuido Disminución de Hb, dism eritrocitos, producción de eritrocitos anormales, Hb anormales, intoxicación con CO, metahemoglobinemia. Administrar oxígeno podría ser útil en la intoxicación por CO (desplazar al CO de la Hb) Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

14. Hipoxia por hipoperfusión (estancamiento) PAO2 y PaO2 son normales Contenido de O2 en sangre arterial es normal Flujo sanguíneo bajo: local o sistémico (gasto cardíaco bajo). No mejora con aumento de la FIO2 Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

15. Hipoxia histotóxica Tejidos no utilizan el oxígeno Intoxicación de cadena resp por cianuro Contenido de O2 venoso elevado. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

16. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

17. Fisiología respiratoria en las alturas Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

18. Fisiologia de las grandes alturas Los problemas de las grandes alturas se deben a una PBO2 disminuida. PB disminuye en forma exponencial con altura.

19. Ascenso al Everest Campamento a 5500 m: PB es de 380 mmHg, PBO2 es 80 mmHg, FBO2: 21% Altitud: 8848 metros En 1981 se midió la PB en el pico por primera vez: 252-255 mmHg. PBO2 es de aprox. 53 mmHg. En 1953 Hilary y Norgay llegan al pico con oxígeno adicional. En 1978 Messner y Habeler llegaron al pico SIN oxígeno adicional. Esto fue posible por la aclimatación. En aviones comerciales la PB se mantiene a un valor equivalente a estar entre 1800 y 2400 m sobre el nivel del mar. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

20. La saturación de la hemoglobina con O2 disminuye relativamente poco hasta los 3000m. A 3100m la PaO2 es aprox. 60 mmHg (Sat Hb 88%). La Pv O2 es 33 mmHg (65.5%). Diferencia a-v de PO2 es mayor a nivel del mar. Hipoxemia: disminución en el contenido arterial de oxígeno. Hipoxia es el problema de las grandes alturas. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

21. Aumenta el tiempo requerido para llegar al equilibrio entre la PvO2 y la PAO2 (hay un gradiente disminuido de difusión para el oxígeno) Intercambio de oxígeno se puede convertir en limitado por la difusión. Menor gradiente y se da en zona de la curva de disociación de la Hb con más pendiente. Limitación del intercambio aumenta con el ejercicio Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

22. Otros problemas de las alturas • La temperatura ambiental disminuye: la temperatura cae aproximadamente 1 grado C por cada 150 m. A esto se agrega el efecto del viento. Aumenta el riesgo de hipotermia y lesiones por frío. • El aire se vuelve más seco: se pierde agua por la evaporación durante la respiración y por el sudor si se hace ejercicio. Deshidratación. • Radiación solar: intensidad de la radiación solar aumenta en las alturas ya que atmósfera es menor y el aire tiene menos agua. Aumenta el reflejo de la luz por la nieve. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

23. Al inicio, la compensación a las grandes alturas incluye taquicardia e hiperventilación • La hipoxia produce hiperventilación • La hiperventilación aumenta la PAO2 y la PaO2 • La hiperventilación disminuye la PaCO2. Se disminuye la hiperventilación. • La hipoxemia produce taquicardia (estimulación simpática) Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

24. Cascada de Oxígeno Si la PaO2 disminuye, la PO2 tisular disminuye. Al hiperventilar se disminuye la hipoxemia tisular. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

25. PAO2 = PIO2 – PACO2 R PAO2 = 150 – 40 = 100 mmHg PAO2 = 100 – 40 = 50 mmHg PAO2 = 100 – 20 = 75 mmHg 0.8 0.8 0.8 La ecuación del aire alveolar A nivel del mar A grandes alturas sin hiperventilar A grandes alturas con hiperventilación Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

26. Estado ácido base Al hiperventilar disminuye la PaCO2 y esto causa una alcalosis respiratoria. Riñones responden aumentando la excreción renal de HCO3- Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

27. Respuesta ventilatoria a la hipoxia ¿A través de qué mecanismo se da la hiperventilación? Estimulación de quimioreceptores periféricos por la hipoxemia. Quimiorreceptores centrales están deprimidos por la hipocapnia secundaria y la alcalosis del LCR. Después de 1-2 días el pH del LCR tiende a lo normal por una disminución en la secreción de Bicarbonato y esto aumenta la ventilación. Aumenta sensibilidad de cuerpos carotídeos a la hipoxia.

28. Aclimatación a las alturas (se da en días a semanas) • Proceso a través del cual el organismo se adapta a un ambiente hostil. La efectividad de este proceso se ilustra por el hecho de que si se expone a una persona a la PB del Everest (255 mmHg), en forma brusca, pierde la conciencia en 1-2 minutos mientras que una persona aclimatada puede subir el Everest SIN oxígeno adicional. Se aumenta la tolerancia a la hipoxia pero no desaparecen sus efectos. • Algunos cambios observados: • Hiperventilación continúa aumentando. pH del LCR disminuye. Quimiorreceptores periféricos se hacen más sensibles a hipoxia. • Aumenta la excreción renal de bicarbonato. • Aumenta el factor de transcripción inducido por la hipoxia 1 (HIF-1) • Aumenta eritropoyetina. Se produce policitemia. Aumenta Hematocrito • Curva de disociación de la hemoglobina se desvía a la derecha. • Capacidad de difusión pulmonar aumenta. Puede mejorar acople VA/Q. • Aumenta densidad de capilares (angiogénesis) y enzimas oxidativas en la mitocondria

29. Teppema LJ, Dahan A. The ventilatory response to hypoxia in mammals: mechanisms, measurement and analysis. Physiol Re 90: 675-754, 2010. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

30. Policitemia Se observan hemoglobinas de 19 g/dl. Aumenta la viscosidad de la sangre. Aumenta la capacidad de transporte de O2 de la sangre. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

31. Curva de disociación de la hemoglobina Se desvía a la derecha. Esto se debe a un aumento en 2,3 DPG Se mejora la descarga de oxígeno en los tejidos.

32. Mal de montaña agudo (“Soroche”) Se ve al llegar a las grandes alturas y desaparece en 3-5 días. 35 ac chinos llamaban a los Himalayas las “montañas dolor de cabeza” La persona presenta: cefalea, mareos, disnea en reposo y de esfuerzos, debilidad, sudoración, palpitaciones, disminución de la agudeza auditiva y visual, insomnio, fatiga, anorexia, nauseas. Se debe a: hipoxemia hipocapnia alcalosis respiratoria edema cerebral y edema pulmonar Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

33. Mal de montaña crónico Se ve en personas que viven en las alturas tiempos prolongados. Persona presenta: cianosis, fatiga, poca tolerancia al ejercicio, policitemia, hipoxemia severa. Insuficiencia cardíaca derecha (hay gran aumento de postcarga a ventrículo derecho). Tratamiento: bajar Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

34. Edema pulmonar por las alturas Lo presentan 1 a 2% de personas que ascienden bruscamente a grandes alturas. Se observa: disnea, taquipnea, ortopnea, tos, cianosis, rales pulmonares, esputo rosado. Es una amenaza para la vida. Mecanismo propuesto: vasoconstricción arterial pulmonar (por la hipoxia) en forma no uniforme, aumento de presión pulmonar, lesión de pared capilar pulmonar. Aumenta la permeabilidad capilar pulmonar. Tratamiento: bajar Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

35. Edema cerebral por las alturas Se ve en 1 a 2 % de personas que suben a más de 4500m. La persona presenta: confusión, ataxia, mal humor, alucinaciones, pérdida de conocimiento, muerte. Hipoxia causa vasodilatación vascular cerebral. Aumenta el flujo sanguíneo cerebral y la presión capilar produciéndose el edema. Tratamiento: Antiinflamatorios, bajar. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

36. Dra. Adriana Suárez MSc Profesora Asociada

37. Curva normal de disociación de la hemoglobina-O2 Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada