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Efectos de la altitud elevada en los seres humanos

Escalar el Monte Rainier , a 4.392 metros (14.411 pies ) sobre el nivel del mar. Los efectos de la altitud en los seres humanos se deben principalmente a la reducción de la pr...

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Escalar el Monte Rainier , a 4.392 metros (14.411 pies ) sobre el nivel del mar. 

Los efectos de la altitud en los seres humanos se deben principalmente a la reducción de la presión parcial de oxígeno en la atmósfera. Los problemas médicos que son consecuencia directa de la altitud se deben a la baja presión parcial de oxígeno inspirado, causada por la menor presión atmosférica, y a la fracción constante de oxígeno en el aire atmosférico dentro del rango en el que los seres humanos pueden sobrevivir. [ 1 ] El otro efecto importante de la altitud se debe a la menor temperatura ambiente.

La saturación de oxígeno de la hemoglobina determina el contenido de oxígeno en la sangre. Después de que el cuerpo humano alcanza alrededor de 2100 metros (6900 pies) sobre el nivel del mar, la saturación de oxihemoglobina comienza a disminuir rápidamente. [ 2 ] Sin embargo, el cuerpo humano tiene adaptaciones a la altitud tanto a corto como a largo plazo que le permiten compensar parcialmente la falta de oxígeno. Hay un límite al nivel de adaptación; los montañeros se refieren a las altitudes por encima de los 8000 metros (26 000 pies) como la zona de la muerte , donde generalmente se cree que ningún cuerpo humano puede aclimatarse . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] A altitudes extremas , la presión ambiental puede caer por debajo de la presión de vapor del agua a la temperatura corporal; a tales altitudes, incluso el oxígeno puro a presión ambiental no puede mantener la vida humana, y es necesario un traje de presión. Una despresurización rápida a las bajas presiones de las grandes altitudes puede desencadenar la enfermedad por descompresión de altura .  

Las respuestas fisiológicas a la gran altitud incluyen hiperventilación , policitemia , aumento de la densidad capilar en el músculo y vasoconstricción pulmonar hipóxica: aumento de las enzimas oxidativas intracelulares. Hay una gama de respuestas a la hipoxia a nivel celular, demostradas por el descubrimiento de los factores inducibles por hipoxia (HIF), que determinan las respuestas generales del cuerpo a la privación de oxígeno. Las funciones fisiológicas a gran altitud no son normales y la evidencia también muestra deterioro de la función neuropsicológica, que se ha implicado en accidentes de montañismo y aviación. [ 1 ] Los métodos para mitigar los efectos del entorno de gran altitud incluyen el enriquecimiento de oxígeno del aire respirable y/o un aumento de la presión en un entorno cerrado. [ 1 ] Otros efectos de la gran altitud incluyen congelación , hipotermia , quemaduras solares y deshidratación .

Los tibetanos, los andinos y los amharas [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] son ​​tres grupos que están relativamente bien adaptados a la gran altitud, pero muestran fenotipos notablemente diferentes . [ 1 ]

Efectos de la presión en función de la altitud

Presión en función de la altura sobre el nivel del mar.

El cuerpo humano puede funcionar mejor a nivel del mar , [ 10 ] donde la presión atmosférica es de 101 325 Pa o 1013,25 milibares (o 1 atm , por definición). La concentración de oxígeno (O₂ ) en el aire a nivel del mar es del 20,9 %, por lo que la presión parcial de O₂ ( pO₂ ) es de 21,136 kilopascales (158,53 mmHg) . En individuos sanos, esto satura la hemoglobina , el pigmento rojo que se une al oxígeno en los glóbulos rojos . [ 11 ] 

La presión atmosférica disminuye con la altitud según la fórmula barométrica , mientras que la fracción de O₂ permanece constante hasta aproximadamente 100 km (62 mi) , por lo que la pO₂ también disminuye con la altitud. Es aproximadamente la mitad de su valor a nivel del mar a 5000 m (16 000 pies) , la altitud del campamento base del Everest , y solo un tercio a 8848 m (29 029 pies) , la cima del Monte Everest . [ 12 ] Cuando la pO₂ baja , el cuerpo responde con la aclimatación a la altitud . [ 13 ]      

La Sociedad Internacional de Medicina de Montaña reconoce tres regiones de altitud que reflejan la menor cantidad de oxígeno en la atmósfera: [ 14 ]

  • Altitud elevada = 1.500–3.500 metros (4.900–11.500 pies) 
  • Altitud muy elevada = 3.500–5.500 metros (11.500–18.000 pies) 
  • Altitud extrema = superior a 5.500 metros (18.000 pies) 

Viajar a cualquiera de estas regiones de altitud puede provocar problemas médicos, desde síntomas leves de mal agudo de montaña hasta edema pulmonar de gran altitud ( EPGA ) y edema cerebral de gran altitud ( ECGA ), potencialmente mortales. Cuanto mayor sea la altitud, mayor será el riesgo. [ 15 ] Los médicos de expedición suelen tener un suministro de dexametasona para tratar estas afecciones en el lugar. [ 16 ] Las investigaciones también indican un mayor riesgo de daño cerebral permanente en personas que ascienden a más de 5500 m (18 045 pies) . [ 17 ]  

En ocasiones, las personas que desarrollan mal agudo de montaña pueden ser identificadas antes de la aparición de los síntomas mediante cambios en las hormonas que regulan el equilibrio de líquidos y el metabolismo del agua y la sal. Las personas predispuestas a desarrollar edema pulmonar de gran altitud pueden presentar una reducción en la producción de orina antes de que se manifiesten los síntomas respiratorios. [ 18 ]

Los humanos han sobrevivido durante dos años a 5950 m (19 520 pies , 475 milibares de presión atmosférica), que es la altitud permanentemente tolerable más alta registrada; el asentamiento permanente más alto conocido, La Rinconada , está a 5100 m (16 700 pies) . [ 19 ]    

A altitudes superiores a 7500 m (24 600 pies , 383 milibares de presión atmosférica), dormir se vuelve muy difícil, digerir los alimentos es casi imposible y el riesgo de HAPE o HACE aumenta considerablemente. [ 15 ] [ 20 ] [ 21 ]  

Zona de la muerte

La cima del Monte Everest se encuentra en la zona de la muerte, al igual que las cimas de todos los ochomiles .

La zona de la muerte en el montañismo (originalmente la zona letal ) fue concebida por primera vez en 1953 por Edouard Wyss-Dunant , un médico y alpinista suizo. [ 22 ] Se refiere a altitudes por encima de cierto punto donde la cantidad de oxígeno es insuficiente para mantener la vida humana durante un período prolongado. Este punto generalmente se denomina 8000 m (26 000 pies , menos de 356 milibares de presión atmosférica). [ 23 ] Las 14 cumbres en la zona de la muerte por encima de los 8000 m, llamadas ochomiles , se encuentran en las cordilleras del Himalaya y Karakórum .  

Muchas muertes en el alpinismo de alta montaña se han debido a los efectos de la zona de la muerte, ya sea directamente por la pérdida de funciones vitales o indirectamente por decisiones erróneas tomadas bajo estrés o debilitamiento físico que provocan accidentes. En la zona de la muerte, el cuerpo humano no puede aclimatarse. Una estancia prolongada en la zona de la muerte sin oxígeno suplementario provocará el deterioro de las funciones corporales, la pérdida de conciencia y, en última instancia, la muerte. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

La cima del K2 , la segunda montaña más alta de la Tierra , se encuentra en la zona de la muerte.

A una altitud de 19 000 m (63 000 pies) , la presión atmosférica es lo suficientemente baja como para que el agua hierva a la temperatura normal del cuerpo humano . Esta altitud se conoce como el límite de Armstrong . La exposición a una presión inferior a este límite produce una rápida pérdida de conciencia, seguida de una serie de alteraciones en las funciones cardiovasculares y neurológicas , y finalmente la muerte, a menos que se restablezca la presión en un plazo de 60 a 90 segundos. [ 24 ]  

Incluso por debajo del límite de Armstrong, una disminución abrupta de la presión atmosférica puede provocar burbujas de gas venosas y enfermedad por descompresión . Un cambio repentino de la presión a nivel del mar a presiones tan bajas como las de 5500 m (18 000 pies) puede provocar enfermedad por descompresión inducida por la altitud. [ 25 ]  

Aclimatación

El cuerpo humano puede adaptarse a la altitud mediante la aclimatación inmediata y a largo plazo. A gran altitud, a corto plazo, los cuerpos carotídeos detectan la falta de oxígeno , lo que provoca un aumento de la profundidad y la frecuencia respiratoria ( hiperpnea ). Sin embargo, la hiperpnea también produce el efecto adverso de la alcalosis respiratoria , que impide que el centro respiratorio aumente la frecuencia respiratoria tanto como sería necesario. La incapacidad para aumentar la frecuencia respiratoria puede deberse a una respuesta inadecuada de los cuerpos carotídeos o a una enfermedad pulmonar o renal. [ 2 ] [ 26 ]

Además, a gran altitud, el corazón late más rápido ; el volumen sistólico disminuye ligeramente; [ 27 ] y se suprimen las funciones corporales no esenciales, lo que resulta en una disminución de la eficiencia de la digestión de los alimentos (ya que el cuerpo suprime el sistema digestivo en favor de aumentar sus reservas cardiopulmonares). [ 28 ]

La aclimatación completa requiere días o incluso semanas. Gradualmente, el cuerpo compensa la alcalosis respiratoria mediante la excreción renal de bicarbonato, lo que permite una respiración adecuada para proporcionar oxígeno sin riesgo de alcalosis. Esto lleva aproximadamente cuatro días a cualquier altitud dada y puede mejorarse con medicamentos como la acetazolamida . [ 26 ] Finalmente, el cuerpo experimenta cambios fisiológicos como una menor producción de lactato (porque la degradación reducida de glucosa disminuye la cantidad de lactato formado), disminución del volumen plasmático , aumento del hematocrito ( policitemia ), aumento de la masa de glóbulos rojos , una mayor concentración de capilares en el tejido muscular esquelético , aumento de la mioglobina , aumento de las mitocondrias , aumento de la concentración de enzimas aeróbicas , aumento de 2,3-BPG , vasoconstricción pulmonar hipóxica e hipertrofia del ventrículo derecho . [ 2 ] [ 29 ] La presión de la arteria pulmonar aumenta en un esfuerzo por oxigenar más sangre.

La adaptación hematológica completa a la altitud se logra cuando el aumento de glóbulos rojos alcanza una meseta y se detiene. La duración de la adaptación hematológica completa se puede aproximar multiplicando la altitud en kilómetros por 11,4 días. Por ejemplo, para adaptarse a 4000 metros (13 000 pies) de altitud se requerirían 45,6 días. [ 30 ] El límite superior de altitud de esta relación lineal no se ha establecido completamente. [ 6 ] [ 19 ] 

Incluso cuando se está aclimatada, la exposición prolongada a grandes altitudes puede interferir con el embarazo y causar restricción del crecimiento intrauterino o preeclampsia . [ 31 ] Las grandes altitudes provocan una disminución del flujo sanguíneo a la placenta , incluso en mujeres aclimatadas, lo que interfiere con el crecimiento fetal. [ 31 ] En consecuencia, se ha observado que los niños nacidos a grandes altitudes nacen, en promedio, con una estatura menor que los nacidos a nivel del mar. [ 32 ]

Adaptación

Se estima que 81,6  millones de personas viven a altitudes superiores a los 2500 metros (8200 pies) . [ 33 ] Se han detectado cambios genéticos en grupos de población de gran altitud en el Tíbet (Asia), los Andes (América) y los Amhara ( Etiopía) . [ 34 ] Esta adaptación implica respuestas fisiológicas irreversibles y a largo plazo a los entornos de gran altitud, asociadas con cambios genéticos y conductuales hereditarios . Los habitantes indígenas de estas regiones prosperan en las zonas más altas del mundo. Estos humanos han experimentado extensos cambios fisiológicos y genéticos, particularmente en los sistemas reguladores de la respiración de oxígeno y la circulación sanguínea , en comparación con la población general de las tierras bajas. [ 35 ] [ 36 ] 

En comparación con los recién llegados aclimatados, las poblaciones nativas de Amhara, Andina e Himalaya tienen mejor oxigenación al nacer, mayores volúmenes pulmonares a lo largo de la vida y una mayor capacidad para el ejercicio. [ 1 ] Los tibetanos demuestran un aumento sostenido en el flujo sanguíneo cerebral, ventilación en reposo elevada, menor concentración de hemoglobina (a altitudes inferiores a 4000 metros), [ 37 ] y menor susceptibilidad al mal de altura crónico (SMC). [ 1 ] [ 38 ] Los andinos poseen un conjunto similar de adaptaciones, pero exhiben una mayor concentración de hemoglobina y una ventilación en reposo normal. [ 39 ] Estas adaptaciones pueden reflejar la historia más larga de habitabilidad a gran altitud en estas regiones. [ 40 ] [ 41 ]

Se observa una menor tasa de mortalidad por enfermedad cardiovascular en residentes de altitudes elevadas. [ 42 ] De manera similar, existe una relación dosis-respuesta entre el aumento de la altitud y la disminución de la prevalencia de obesidad en los Estados Unidos. [ 43 ] Esto no se explica únicamente por la migración. [ 44 ] Por otro lado, las personas que viven en altitudes elevadas también presentan una mayor tasa de suicidio en los Estados Unidos. [ 45 ] La correlación entre la altitud y el riesgo de suicidio se mantuvo incluso cuando los investigadores controlaron los factores de riesgo de suicidio conocidos, como la edad, el sexo, la raza y los ingresos. La investigación también ha indicado que es improbable que los niveles de oxígeno sean un factor, dado que no hay indicios de un aumento de las alteraciones del estado de ánimo a gran altitud en personas con apnea del sueño o en fumadores empedernidos. La causa del aumento del riesgo de suicidio aún se desconoce. [ 45 ]

Mitigación

La mitigación puede realizarse mediante oxígeno suplementario, presurización del hábitat o del traje de protección ambiental, o una combinación de ambos. En todos los casos, el efecto crítico es el aumento de la presión parcial de oxígeno en el gas respiratorio. [ 1 ]

El aire ambiente en altitudes elevadas puede enriquecerse con oxígeno sin generar un riesgo de incendio inaceptable. A una altitud de 8000 m, la altitud equivalente en términos de presión parcial de oxígeno puede reducirse a menos de 4000 m sin aumentar el riesgo de incendio más allá del del aire atmosférico normal a nivel del mar. En la práctica, esto puede lograrse utilizando concentradores de oxígeno. [ 46 ]

Otros peligros

La temperatura ambiente se ve afectada previsiblemente por la altitud, lo que también tiene efectos fisiológicos en las personas expuestas a grandes altitudes. Los efectos de la temperatura y su mitigación no difieren intrínsecamente de los efectos de la temperatura causados ​​por otros factores, pero los efectos de la temperatura y la presión son acumulativos.

La temperatura de la atmósfera disminuye por un gradiente térmico , causado principalmente por la convección y la expansión adiabática del aire con la disminución de la presión. [ 47 ] En la cima del Monte Everest, la temperatura media de verano es de −19 °C (−2 °F) y la temperatura media de invierno es de −36 °C (−33 °F) . [ 48 ] A temperaturas tan bajas, la congelación y la hipotermia se convierten en riesgos para los humanos. La congelación es una lesión de la piel que ocurre cuando se expone a temperaturas extremadamente bajas, causando la congelación de la piel u otros tejidos, [ 49 ] afectando comúnmente los dedos de las manos y los pies , la nariz , las orejas , las mejillas y la barbilla . [ 50 ] La hipotermia se define como una temperatura central del cuerpo inferior a 35,0 °C (95,0 °F) en humanos. [ 51 ] Los síntomas varían desde escalofríos y confusión mental, [ 52 ] hasta alucinaciones y paro cardíaco . [ 51 ]      

Además de las lesiones por frío, respirar aire frío puede causar deshidratación , porque el aire se calienta a la temperatura corporal y se humidifica con la humedad del cuerpo. [ 18 ]

También existe un mayor riesgo de quemaduras solares debido a la menor capacidad de bloqueo de los rayos ultravioleta por la atmósfera más delgada. [ 53 ] [ 54 ] La cantidad de UVA aumenta aproximadamente un 9 % con cada aumento de altitud de 1000 metros (3300 pies) . [ 55 ] Los síntomas de las quemaduras solares incluyen piel roja o rojiza que está caliente al tacto o es dolorosa , fatiga general y mareos leves . Otros síntomas incluyen ampollas , descamación de la piel , hinchazón, picazón y náuseas. 

Rendimiento atlético

Para los atletas, la altitud produce dos efectos contradictorios en el rendimiento. Para las pruebas explosivas (velocidades de hasta 400 metros, salto de longitud, triple salto), la reducción de la presión atmosférica significa que hay menos resistencia de la atmósfera y el rendimiento del atleta generalmente será mejor en altitud. [ 56 ] Para las pruebas de resistencia (carreras de 800 metros o más), el efecto predominante es la reducción de oxígeno, que generalmente reduce el rendimiento del atleta en altitud. [ 57 ] Una forma de medir esta reducción es mediante el monitoreo del VO₂ máx , una medida de la capacidad máxima de un individuo para utilizar O₂ durante el ejercicio extenuante. Para un individuo no aclimatado, el VO₂ máx comienza a disminuir significativamente a una altitud moderada, comenzando a los 1500 metros y bajando de 8 a 11 por ciento por cada 1000 metros adicionales. [ 58 ]

Eventos explosivos

Las organizaciones deportivas reconocen los efectos de la altitud en el rendimiento: por ejemplo, el organismo rector del atletismo , World Athletics , ha dictaminado que las marcas alcanzadas a una altitud superior a los 1.000 metros serán aprobadas a efectos de récord mundial , pero llevarán la letra "A" para indicar que se lograron en altitud.

Los Juegos Olímpicos de Verano de 1968 se celebraron en altitud en la Ciudad de México . Allí se batieron la mayoría de los récords mundiales de velocidad y salto. Otros récords también se establecieron en altitud como preparación para esos Juegos Olímpicos. El récord de Bob Beamon en salto de longitud se mantuvo durante casi 23 años y solo ha sido superado una vez sin la ayuda de la altitud ni del viento . Muchos de los demás récords establecidos en la Ciudad de México fueron posteriormente superados por marcas establecidas en altitud.

Una reunión de atletismo de élite se celebró anualmente en Sestriere , Italia, desde 1988 hasta 1996, y nuevamente en 2004. La ventaja de su gran altitud en las pruebas de velocidad y salto albergaba la esperanza de récords mundiales, con el patrocinador Ferrari ofreciendo un automóvil como premio. [ 59 ] [ 60 ] Se estableció un récord, en el salto con pértiga masculino por Sergey Bubka en 1994; [ 60 ] los récords masculinos y femeninos de salto de longitud también fueron batidos, pero con la ayuda del viento . [ 61 ]

Eventos de resistencia

Atletas entrenando a gran altitud en St. Moritz , Suiza (1.856 m o 6.089 pies).

Los atletas también pueden aprovechar la aclimatación a la altitud para mejorar su rendimiento. [ 13 ] Los mismos cambios que ayudan al cuerpo a adaptarse a la altitud mejoran el rendimiento a nivel del mar. Sin embargo, esto no siempre es así. Cualquier efecto positivo de la aclimatación puede verse contrarrestado por un efecto de desentrenamiento, ya que los atletas generalmente no pueden ejercitarse con la misma intensidad a gran altitud que a nivel del mar. [ 62 ]

Este dilema dio lugar al desarrollo de la modalidad de entrenamiento en altitud conocida como "Vivir en altura, entrenar a baja altitud", en la que el atleta pasa muchas horas al día descansando y durmiendo a una altitud (alta), pero realiza una parte significativa de su entrenamiento, posiblemente todo, a otra altitud (más baja). Una serie de estudios realizados en Utah a finales de la década de 1990 mostraron mejoras significativas en el rendimiento de los atletas que siguieron dicho protocolo durante varias semanas. [ 62 ] [ 63 ] Otro estudio de 2006 ha demostrado mejoras en el rendimiento simplemente realizando algunas sesiones de ejercicio a gran altitud, pero viviendo a nivel del mar. [ 64 ]

El efecto de mejora del rendimiento del entrenamiento en altitud podría deberse a un aumento del recuento de glóbulos rojos, [ 65 ] un entrenamiento más eficiente, [ 66 ] o cambios en la fisiología muscular. [ 67 ] [ 68 ]

En 2007, la FIFA emitió una moratoria de corta duración sobre los partidos internacionales de fútbol celebrados a más de 2500 metros sobre el nivel del mar, lo que impidió que ciertos estadios de Bolivia, Colombia y Ecuador albergaran partidos de clasificación para la Copa Mundial , incluidas sus capitales. [ 69 ] En su decisión, el comité ejecutivo de la FIFA citó específicamente lo que consideraba una ventaja injusta de los equipos locales aclimatados a la altitud. La prohibición se revocó en 2008. [ 69 ]

Véase también

Referencias

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