22.6: Modificaciones en las Funciones Respiratorias

Objetivos de aprendizaje

• Definir los términos hiperpnea e hiperventilación
• Describir el efecto del ejercicio en el sistema respiratorio
• Describir el efecto de la altura en el sistema respiratorio
• Discutir el proceso de aclimatación

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 momentos en que el sistema respiratorio debe alterar el ritmo de sus funciones para dar cabida a las demandas de oxígeno del organismo.

Hiperpnea

La hiperpnea es una mayor profundidad y tasa de ventilación para satisfacer un aumento en la demanda de oxígeno como podría observarse en el ejercicio o enfermedad, particularmente enfermedades que se dirigen 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 velocidad de ventilación para satisfacer la demanda de las células. Por el contrario, la hiperventilación es una mayor tasa de ventilación que es independiente de las necesidades de oxígeno celular y conduce a niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en la sangre y un pH sanguíneo alto (alcalino).

Curiosamente, 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 en la ventilación. Sin embargo, la hiperpnea durante el ejercicio parece ocurrir antes de que pueda ocurrir una caída en los niveles de oxígeno dentro de los músculos. Por lo tanto, la hiperpnea debe ser impulsada por otros mecanismos, ya sea en lugar o además de una caída en los niveles de oxígeno. Los mecanismos exactos detrás de la hiperpnea del ejercicio no se entienden bien, y algunas hipótesis son algo controvertidas. Sin embargo, además de bajo oxígeno, alto dióxido de carbono y bajos niveles de pH, parece haber una compleja interacción de factores relacionados con el sistema nervioso y los centros respiratorios del cerebro.

Primero, una decisión consciente de participar en el ejercicio, u otra forma de esfuerzo físico, da como resultado un estímulo psicológico que puede desencadenar los centros respiratorios del cerebro para aumentar la ventilación. Además, los centros respiratorios del cerebro pueden ser estimulados a través de la activación de neuronas motoras que inervan grupos musculares que intervienen en la actividad física. Finalmente, el esfuerzo físico estimula los propioceptores, que son receptores ubicados dentro de los músculos, articulaciones y tendones, que perciben el movimiento y el estiramiento; los propioceptores crean así un estímulo que también puede desencadenar los centros respiratorios del cerebro. Estos factores neuronales son consistentes con el aumento repentino de la ventilación que se observa inmediatamente a medida que comienza el ejercicio. Debido a que los centros respiratorios son estimulados por insumos psicológicos, de neuronas motoras y propioceptores a lo largo del ejercicio, el hecho de que también haya una disminución repentina de la ventilación inmediatamente después de que termina el ejercicio cuando cesan estos estímulos neuronales, respalda aún más la idea de que están involucrados en desencadenando los cambios de ventilación.

Efectos de Alta Altitud

Un aumento en la altitud resulta en una disminución de la presión atmosférica. Si bien la proporción de oxígeno respecto a los gases en la atmósfera se mantiene en 21 por ciento, su presión parcial disminuye (Cuadro\(\PageIndex{1}\)). En consecuencia, es más difícil para un cuerpo lograr 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 altas altitudes en comparación con la saturación de hemoglobina a nivel del mar. Por ejemplo, la saturación de hemoglobina es de aproximadamente 67 por ciento a 19,000 pies sobre el nivel del mar, mientras que alcanza aproximadamente 98 por ciento al nivel del mar.

Mesa\(\PageIndex{1}\)

Presión parcial de oxígeno a diferentes altitudes
Ejemplo de ubicación	Altitud (pies sobre el nivel del mar)	Presión atmosférica (mm Hg)	Presión parcial de oxígeno (mm Hg)
Nueva York, Nueva York	0	760	159
Boulder	5000	632	133
Aspen	8000	565	118
Pico's Peak (Colorado)	14,000	447	94
Denali (Mt. McKinley)	20,000	350	73
Mt. Everest, Tíbet	29,000	260	54

Como recordará, la presión parcial es sumamente 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 en las presiones parciales entre los alvéolos y la sangre, por lo que menos oxígeno cruza la membrana respiratoria. Como resultado, menos moléculas de oxígeno están unidas por la hemoglobina. A pesar de esto, los tejidos del cuerpo aún reciben una cantidad suficiente de oxígeno durante el descanso a gran altura. Esto se debe a dos mecanismos principales. Primero, el número de moléculas de oxígeno que ingresan al tejido desde la sangre es casi igual entre el nivel del mar y las altas altitudes. A nivel del mar, la saturación de hemoglobina es mayor, pero solo 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 altitudes, una mayor cantidad de BPG es producida por los eritrocitos, lo que potencia la disociación del oxígeno de la hemoglobina. El esfuerzo físico, como el esquí o el senderismo, puede llevar al mal de altura debido a la baja cantidad de reservas de oxígeno en la sangre a grandes altitudes. A nivel del mar, existe una gran cantidad de reserva de oxígeno en la sangre venosa (aunque se piensa que la sangre venosa es “desoxigenada”) de la que los músculos pueden extraer durante el esfuerzo físico. Debido a que la saturación de oxígeno es mucho menor a mayores altitudes, esta reserva venosa es pequeña, resultando en síntomas patológicos de niveles bajos de oxígeno en la sangre. Es posible que hayas escuchado que es importante beber más agua cuando viajas a altitudes más altas de lo que estás acostumbrado. Esto se debe a que tu cuerpo aumentará la micción (micción) a grandes altitudes para contrarrestar los efectos de menores niveles de oxígeno. Al eliminar líquidos, los niveles plasmáticos sanguíneos bajan pero no el número total de eritrocitos. De esta manera, aumenta la concentración global de eritrocitos en la sangre, lo que ayuda a los tejidos a obtener el oxígeno que necesitan.

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

Aclimatación

Especialmente en situaciones donde el ascenso ocurre con demasiada rapidez, viajar a zonas de gran altitud puede provocar AMS. La aclimatación es el proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a una gran altitud. Durante un periodo de tiempo, el cuerpo se ajusta para acomodar la menor presión parcial de oxígeno. La baja presión parcial de oxígeno a altas altitudes da como resultado 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 menores. Como resultado, los riñones son estimulados para producir la hormona eritropoyetina (EPO), que estimula la producción de eritrocitos, resultando en un mayor número de eritrocitos circulantes en un individuo a gran altitud durante un largo periodo. Con más glóbulos rojos, hay más hemoglobina para ayudar a transportar el oxígeno disponible. A pesar de que hay baja saturación de cada molécula de hemoglobina, habrá más hemoglobina presente, y por lo 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 situacionales para abastecer al organismo de oxígeno suficiente. Por ejemplo, el ejercicio da como resultado un aumento de la ventilación, y la exposición crónica a una gran altitud da como resultado un mayor número de eritrocitos circulantes. La hiperpnea, un aumento en la velocidad y profundidad de la ventilación, parece ser una función de tres mecanismos neuronales que incluyen un estímulo psicológico, la activación de neuronas motoras de los músculos esqueléticos y la activación de propioceptores en los músculos, articulaciones y tendones. Como resultado, la hiperpnea relacionada con el ejercicio se inicia cuando comienza el ejercicio, a diferencia de cuando la demanda tisular de oxígeno realmente aumenta.

Por el contrario, la exposición aguda a una gran altitud, particularmente durante momentos de esfuerzo físico, da como resultado bajos niveles de oxígeno en sangre y tejidos. Este cambio es causado por una baja presión parcial de oxígeno en el aire, debido a que la presión atmosférica a altas altitudes es menor que la presión atmosférica al nivel del mar. Esto puede llevar a una afección llamada mal de montaña agudo (AMS) 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 provocarán 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 abastecer a un individuo con más oxígeno, previniendo los síntomas de AMS.

Preguntas de revisión

P. El aumento de la ventilación que resulta en un aumento en el pH de la sangre se llama ________.

A. hiperventilación

B. hiperpnea

C. aclimatación

D. apnea

Respuesta: A

P. ¿El ejercicio puede desencadenar síntomas de AMS debido a cuál de las siguientes?

A. baja presión parcial de oxígeno

B. baja presión atmosférica

C. señales neuronales anormales

D. pequeña reserva venosa de oxígeno

Respuesta: D

P. ¿Cuál de los siguientes estimula la producción de eritrocitos?

A. AMS

B. niveles altos de dióxido de carbono en la sangre

C. baja presión atmosférica

D. eritropoyetina

Respuesta: D

Preguntas de Pensamiento Crítico

P. Describir los factores neuronales involucrados en el aumento de la ventilación durante el ejercicio.

A. Hay tres factores neuronales que juegan un papel en el aumento de la ventilación observada durante el ejercicio. Debido a que este aumento de la ventilación ocurre al inicio del ejercicio, es poco probable que solo estén involucrados los niveles de oxígeno en sangre y dióxido de carbono. El primer factor neural es el estímulo psicológico de tomar una decisión consciente de hacer ejercicio. El segundo factor neural es el estímulo de la activación de las neuronas motoras por parte de los músculos esqueléticos, los cuales están involucrados en el ejercicio. El tercer factor neural es la activación de los propioceptores ubicados en los músculos, articulaciones y tendones que estimulan la actividad en los centros respiratorios.

P. ¿Cuál es el principal mecanismo que da como resultado la aclimatación?

A. Un mecanismo importante involucrado en la aclimatación es el aumento de la producción de eritrocitos. Una caída en los niveles de oxígeno en los tejidos estimula a los riñones a producir la hormona eritropoyetina, que indica a la médula ósea que produzca eritrocitos. Como resultado, los individuos expuestos a una gran altitud durante largos periodos de tiempo tienen un mayor número de eritrocitos circulantes que los individuos a altitudes más bajas.

Glosario

Mal agudo de montaña (AMS)

condición que ocurre como resultado de la exposición aguda a gran altitud debido a una baja presión parcial de oxígeno

aclimatación

proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a altas altitudes

hiperpnea

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

hiperventilación

aumento de la tasa de ventilación que conduce a niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en la sangre y pH sanguíneo alto (alcalino)